歐陽兆彰　李偉業(yè)

摘 要：車架的靜態(tài)特性對割草機的強度、壽命有重要的影響。本文基于有限元分析方法，對自主研發(fā)的割草機車架進(jìn)行靜態(tài)分析，得到危險部位，強度校核車架擬使用的材料。評價整車的結(jié)構(gòu)合理性與安全性。本文對車架特性的研究工作，為下一步設(shè)計工作提供依據(jù)，縮短開發(fā)周期，確保整車安全質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：割草機車架；靜態(tài)特性；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.225

車架是割草機的關(guān)鍵承載構(gòu)件。它不僅承載乘員與割草機構(gòu)的重量，還將發(fā)電機，電動機、傳動裝置等零部件有機連接成一個整體。車架靜態(tài)特性對割草機的強度、壽命有重要的影響，是整車設(shè)計開發(fā)工作中的重要環(huán)節(jié)。割草機在戶外草坪修剪工作中還承受各種復(fù)雜多變的外界載荷，車架必須有合理的強度，才能確保整車的安全性[1]。

江門市公路局與江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院聯(lián)合開發(fā)的新型割草機，三維設(shè)計圖如圖1所示。該割草具有自主研發(fā)的液壓割草機構(gòu)，能實現(xiàn)升降、收縮，完成各種草坪的修剪工作要求。因此，整車要承載的的設(shè)備較多，車架的安全性十分重要，車架結(jié)構(gòu)如圖2所示。在產(chǎn)品設(shè)計初期，建立整車三維模型后，通過ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行靜態(tài)特性進(jìn)行分析，校核強度，確保整車的安全，并為改進(jìn)設(shè)計提供參考意見。

1 車架有限元模型的建立

有限元法的基本思想，把一個連續(xù)的彈性體離散成多個的單元組合體來研究，用一個離散結(jié)構(gòu)來代替原來的連續(xù)結(jié)構(gòu)，作為真實結(jié)構(gòu)的近似力學(xué)模型[2]。割草機的車架由管材焊結(jié)而成，并承載復(fù)雜的載荷。車架的前端主要安裝液壓升降伸縮割草機構(gòu)，總重約600公斤；車架的中間主要放置電子設(shè)備、油箱與搭載人，估算共500公斤，車架后端主要承載發(fā)電機、電動機與減速機構(gòu)，約重400公斤。根據(jù)受力情況，對車架有限元模型施加約束的邊界條件，把乘員以及機械、電子設(shè)備等作為載荷轉(zhuǎn)化為均布力施加在車架上，在ANSYS軟件對模型進(jìn)行求解[3]。

2 車架靜態(tài)特性分析

通過Ansys軟件計算分析，得到車架應(yīng)力云圖，如圖3所示?？梢杂^察與分析車架的最大應(yīng)力位置。車架管的最大應(yīng)力出現(xiàn)在前段安裝液壓割草機構(gòu)處，其最大應(yīng)力為17.3MP。割草機車架擬用的鋼得其屈服極限σb為375～460MPa根據(jù)實際情況取安全系數(shù) n=2.5則許用應(yīng)力值[σ]為150～184 MP，根據(jù)有限元分析結(jié)果（由圖3可看出）最大應(yīng)力為由分析結(jié)果σmax=17.3MP，即σmax < [σ] 。因此，擬設(shè)計的車架的靜態(tài)特性能很好滿足強度要求。根據(jù)有限元分析的結(jié)果，對車架使用材料可使用截面積更少的管材，進(jìn)一步減輕車架重量，減低造車成本。

3 結(jié)語

用ANSYS軟件進(jìn)行車架靜態(tài)分析，得到靜應(yīng)力的危險部位。強度校核分析表明，車架擬使用的材料能很好滿足車輛承載要求。本文對車架靜、動態(tài)特性的研究工作，可為下一步設(shè)計工作提供依據(jù)，減少割草機開發(fā)周期，降低成本，確保整車開發(fā)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]Grandhi. Structural optimization with frequency constraints areview[J].Journal.1993，31（12）29-35.

[2]Hyungyil Lee，Heon Seo，Gyungjin Park.Design enhancements for stress relaxation in Automotive multi-shell-structures[J].Nan Ling Campus， Jilin University，2001

[3]張進(jìn)國，程曉輝，孫敬宜.基于ANSYS的汽車車架結(jié)構(gòu)有限元分析[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2006（05）.

廣東省公路管理局科研項目（項目編號：2013-12）

作者簡介：歐陽兆彰（1982-），男，廣東江門人，機械工程講師，主要從事：機械部件結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化。