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振動清雪鏟的靜動態強度分析

發布于:2022-05-16 21:23
有限元分析

      在我國北方地區,冬季持續時間長,年降雪量相對較大,積雪嚴重影響了交通運輸的暢通與安全,及時清除道路積雪,是冬季道路養護作業的一項重要內容。文中設計的清雪鏟可對壓實的冰雪沖擊破碎并予以清除,一次性破冰除雪,高效節能,避免污染,無需人工二次除雪,當遇到障礙物時,清雪鏟可自動越障,越障過程無需停車。為了提高振動清雪鏟的性能和產品質量,有必要對清雪鏟的靜態和動態特性進行研究,使清除冰雪效果更佳,產品可靠性更高。文中對振動清雪鏟的靜動態強度有限元分析進行研究。
      振動清雪鏟能夠清除浮雪和-20℃時厚度30mm的壓實冰雪,清雪效率(露出路面)95%以上。清雪鏟寬度3.2m;大端高度1.1m,小端高度0.84m;清雪鏟總質量1.9t;振動清雪鏟的側傾角為20°,振動清雪鏟如圖1所示。
      利用偏心輪機構,馬達帶動振動鏟振動,振動鏟把壓實的冰雪振碎并同時清除。主鏟板與車輛前進方向有20°側傾角,主鏟板可以把振碎的冰雪拋揚至路邊。當遇到障礙物時,越障機構會自動越過障礙物。
      鏟刃的振動是由液壓系統驅動振動馬達旋轉,馬達通過皮帶帶動皮帶輪旋轉,從而使同軸上的偏心輪旋轉,最終鏟刃按照正弦規律實現往復運動(即鏟刃的振動)。而在有限元分析過程中,激振力的施加位置是保證計算準確的關鍵。通過對清雪鏟的運動分析,激振力的施加位置如圖4所示。
      文中利用ANSYS軟件對清雪鏟結構進行應力強度分析,并采用了ANSYS中的3種單元shell63,beam188和solid185。shell63為板殼單元,既具有彎曲能力又具有膜力,可以承受平面內載荷和法向載荷。beam188適應于從細長到中等粗短的梁結構,單元基于鐵木辛哥梁結構理論,并考慮了剪切變形的影響。solid185單元用于構造三維固體結構,單元具有超彈性、應力鋼化、蠕變、大變形和大應變能力。
      當行車速度為3km/h時,在鏟刃上施加雪阻力,振動清雪鏟在靜載荷作用下有限元計算的應力云圖如圖5。
      從圖5可以看出,在3km/h時,清雪鏟在靜載荷作用下,主鏟板與軸承座支撐筋接觸處、振動臂和襯板接觸處、支撐梁與前懸掛接觸處應力較大。其中最大應力產生在主鏟主板與軸承座支撐筋接觸處,最大應力值為2.02e8 Pa。
      將諧響應分析法應用于清雪鏟結構的動應力分析。首先用有限元方法對清雪鏟進行模型簡化并計算出清雪鏟的動頻,然后應用模態疊加諧響應分析計算出雪鏟位移的動態響應,進而對位移動態響應進行擴展分析求得雪鏟的動應力。


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