葛巖，孫余，倪坤，劉松

（1.江蘇徐工工程機(jī)械研究院有限公司；2.徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

液壓管排是由多根液壓管并排組成的動(dòng)力傳輸組件，其應(yīng)用于全液壓工程機(jī)械中，用于傳輸液壓能，由于其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，需要將其分段連接，并纏繞于絞盤內(nèi)部，因此，也稱其為絞盤液壓管排，本文中提及的液壓管排應(yīng)用于雙輪銑槽機(jī)（后簡(jiǎn)稱雙輪銑）。

液壓管排用于傳輸雙輪銑主機(jī)液壓能到工作裝置刀架，因其管路較長(zhǎng)，需要兩側(cè)鋼絲繩進(jìn)行防護(hù)，稱其為防護(hù)組件，其防護(hù)組件為由鋼絲繩、防護(hù)塊，連接索節(jié)組成的裝置，由于其結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)構(gòu)特殊，本文將防護(hù)組件中的連接索節(jié)作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行受力仿真分析，并優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，對(duì)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。

1 連接索節(jié)的結(jié)構(gòu)及受力情況

連接索節(jié)芯部用于容納兩只索筒，索筒通過壓制方式與鋼絲繩固定在一起，因此，承載的拉力作用于連接索節(jié)上，連接索節(jié)的端口開洞用于通過鋼絲繩。索筒臺(tái)階作用于索節(jié)臺(tái)階之上。鋼絲繩受拉力作用下，索筒臺(tái)階對(duì)索節(jié)臺(tái)階有產(chǎn)生一定的拉力，該拉力的大小受到軟管管排自身重力大小的影響，通常為固定的拉力，本文中的雙輪銑軟管管排自身重力為8.8噸，因此鋼絲繩索筒作用于索節(jié)臺(tái)階上的力同樣為8.8噸。整體應(yīng)用圖如圖1。

圖1 整體應(yīng)用圖

2 優(yōu)化前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及有限元分析

連接索節(jié)質(zhì)量為5.5kg，體積為0.0007m3，密度為7700kg/m3，重量為55.6N。連接索節(jié)采用合金鋼，屈服強(qiáng)度為620N/m2。

在Pro/E中繪制索節(jié)體三維模型，并導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用上述拉力載荷加載計(jì)算，索節(jié)體應(yīng)力云圖及變形大小如圖2和圖3所示。最小應(yīng)力為1.18N/mm2，最大應(yīng)力為429N/mm2。最大應(yīng)變?yōu)?.03mm。

由仿真分析結(jié)果得知，該結(jié)構(gòu)滿足該產(chǎn)品材質(zhì)的應(yīng)力要求，但是，其應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致索節(jié)體的外撇，而索節(jié)體臺(tái)肩寬度僅為6mm，這樣一來，再變形狀態(tài)小，臺(tái)肩承載面積將會(huì)更加縮小。

當(dāng)索筒位于索節(jié)體芯部時(shí)，由于索節(jié)體芯部張開的原因，容易使索筒在收到側(cè)向力時(shí)拖出索節(jié)體。

圖2 改進(jìn)前索節(jié)體

圖3 索節(jié)體應(yīng)力圖

通過上述分析，雖然滿足產(chǎn)品應(yīng)力要求，但是在應(yīng)力較大時(shí)，索節(jié)體的張開狀態(tài)，使得索節(jié)體內(nèi)部索節(jié)存在脫出索節(jié)體芯部的風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并進(jìn)行了有限元仿真分析。

3 優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)及有限元分析

基于上述風(fēng)險(xiǎn)，中心設(shè)計(jì)了索節(jié)體結(jié)構(gòu)，使端部鋼絲繩出口封閉，并對(duì)內(nèi)部索節(jié)防脫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了有限元分析，其應(yīng)力及應(yīng)變見圖4與圖5。

新結(jié)構(gòu)同樣采用合金鋼，質(zhì)量為5.83kg，體積為0.0007m3，密度為7700kg/m3，重量為57.2N。

有限分析新結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為394.5N/mm2，最大變形量為0.07mm，相比之前的設(shè)計(jì)都有所降低，且變形量呈收斂狀，這有利于索節(jié)芯部空間收縮對(duì)索節(jié)體的收緊作用，能夠降低索節(jié)受側(cè)向力拖出的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 改進(jìn)后應(yīng)力分布圖

圖5 優(yōu)化后應(yīng)變圖

4 結(jié)語

通過使用Ansys Workbench軟件對(duì)索節(jié)體進(jìn)行靜力分析可知，改進(jìn)前與改進(jìn)后均滿足強(qiáng)度要求，但改進(jìn)前由于索節(jié)體外張。存在索節(jié)脫出的風(fēng)險(xiǎn)，而優(yōu)化改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)，使受力更加合理，且索節(jié)體內(nèi)斂，降低了索筒拖出的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)該軟管絞盤索節(jié)體的改進(jìn)具有指導(dǎo)意義。