卜莉莉，魏 靜

（徐工集團工程機械股份有限公司 道路機械分公司，江蘇 徐州221004）

平地機是一種高速、高效、高精度和多用途的土方工程及礦用機械，可滿足道路維護、道路建設(shè)、路邊修整、路面精整、礦區(qū)路面平整與養(yǎng)護、冰雪清除、原始地貌平整以及硬土松裂等工況。前機架是平地機關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)可靠性至關(guān)重要，尤其在路邊修整、刮坡、挖溝以及礦區(qū)路面平整等惡劣工況下，對前機架的可靠性提出了更高的工況適應(yīng)性能要求。

1 前機架的主要受力情況

平地機工作時，前機架受力狀態(tài)如圖1和圖2所示。

圖1 平地機工作時受力狀態(tài)

圖2 前機架受力狀態(tài)

工作裝置的阻力（牽引力）P1=F1。

通過受力狀態(tài)可以看出，前機架在工作時主要受彎曲和拉伸載荷。

2 前機架的兩種截面結(jié)構(gòu)型式

如圖3所示，對兩種截面結(jié)構(gòu)型式進行受力分析。

圖3 兩種結(jié)構(gòu)型式受力圖

對于結(jié)構(gòu)一

截面積為：A1=2ht+2（b-2t）t=（2h+2b）t-4t2

對x軸慣性矩為

對中性軸x的抗彎截面系數(shù)為

對于結(jié)構(gòu)二

截面積為A2=2（h-2t）t+2bt=（2h+2b）t-4t2=A1

對x軸慣性矩為

對中性軸x的抗彎截面系數(shù)為

將b=280mm;h=280mm;t=16mm;a=14mm帶入上述公式可得

從以上計算得出：在前機架承受相對x軸的彎矩時，結(jié)構(gòu)二優(yōu)于結(jié)構(gòu)一。

3 兩種結(jié)構(gòu)型式的有限元分析比較

3.1 模型建立與邊界條件

材料參數(shù)如下。

材料 Q345

密度（kg/m3） 7850

彈性模量（MPa） 2×10e5

泊松比 0.3

屈服極限（MPa） 345

前機架工作時主要是受鏟刀刮土時向后的作用力及鏟刀升降油缸下壓時的反作用力。鏟刀向后的最大作用力，我們以平地機輪胎打滑計算，設(shè)平地機的重量16t，取地面摩擦系數(shù)0.75，計算出平地機的最大附著力為84kN，此力加載在牽引架球鉸處；油缸最大下壓力，我們以使平地機前輪抬起計算，最大下壓力為120kN，此力加載在連接擺架處。在前后機架的連接處施加固定約束，對前機架進行網(wǎng)格剖分,建立有限元分析模型。

3.2 靜力學分析

靜力學分析結(jié)果如圖4和表1所示。

圖4 靜力學分析原圖

表1 兩種結(jié)構(gòu)應(yīng)力對比

從應(yīng)力云圖得出：結(jié)構(gòu)二應(yīng)力低于結(jié)構(gòu)一，故在工作載荷下，結(jié)構(gòu)二強度較大。

4 結(jié) 論

1）通過計算得出，在前機架承受相對x軸的彎矩時，結(jié)構(gòu)二優(yōu)于結(jié)構(gòu)一。

2）在工作載荷下的有限元分析表明：結(jié)構(gòu)二應(yīng)力低于結(jié)構(gòu)一，結(jié)構(gòu)二強度較大。

3）對于兩種結(jié)構(gòu)的強度比較，有限元靜力分析與上節(jié)理論計算結(jié)論相同。

綜上，結(jié)構(gòu)二是較優(yōu)的方案。