基于NX的动物运输?拐臂有限元分析
时间：2022-09-27 22:15:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李?良 李胜
摘要：前装机构是动物运输?的重要组成，它是搜集病死畜禽的关键部件。因受?而产?较?的应?和应变通常会影响动物运输?的正常?作，借助NX对动物运输?满载情况下拐臂在临界状态的受?情况进?分析。结果表明，拐臂在初始位置最?应?和应变?最终位置的值较?，初始位置拐臂的最?应?为200.11 MPa，最?应变量为32.57 mm。对其进?结构优化，优化后拐臂应?较未优化下降了12.2%，应变较未优化下降了15.4%。
关键词：动物运输?;前装机构;拐臂;应?;应变;NX
中图分类号：TP391.7 收稿?期：2022-04-30
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.010
我国是?口?国，同样也是养殖?国。在农?养殖过程中，难免会有禽畜类因为?些疾病而死亡。所以，研发出?种专?搜集病死畜禽的专??辆?常必要。动物运输?不仅能满?搜集病死畜禽的市场需要，同时能防?病死畜禽因处理不当造成环境污染，避免感染?类。
动物运输?是由前装机构、箱体和底盘三?部分组成。动物运输?的关键部位在于前装机构，而拐臂的结构强度直接决定了前装的强度。前装机构?作原理是与箱体连接的液压缸带动拐臂绕拐臂?座旋转的同时，与拐臂相连的料?随拐臂?起旋转，将地?的病死畜禽运送到动物运输?箱体?。其?作过程中，在液压缸提供的液压??够时，拐臂的结构强度就起着?关重要的作?。
因此，借助NX对动物运输?进?有限元分析，它的结果将为动物运输?的研发和量产提供理论依据[1]。
1 拐臂结构及受?
动物运输?的模型如图1所?，前装机构是由料?组合件以及拐臂组合件等组合装置，而拐臂就是图中?头上形状如??样的结构。本?将分析动物运输?在额定载荷作?下，初始和最终两种临界状态下的应?的应变情况。图1中，拐臂位置为其初始位置，拐臂的最终位置为初始位置顺时针旋转约90°的位置。
前装机构的受?情况如图2所?。O为拐臂的旋转?点， G1为料?及组合件的重?， G2为拐臂组合件的重?，F1为料?和拐臂连接处的作??， F2为料?和拐臂连接油缸（料?油缸）施加的作??， F3为箱体和拐臂连接处的作??， F4为箱体和拐臂连接油缸（拐臂油缸）施加的作??，以上?的单位均为N。在拐臂油缸作?下整个前装机构绕拐臂的旋转?点旋转，完成将病死畜禽搜集到动物运输?箱体?的?作。
分别以料?组合件和拐臂组合件为研究对象进?受?分析，动?学?程如下：
（1）
以料?组合件为研究对象，代??程（1）得：
（2）
同样以拐臂组合件为研究对象，代??程（1）得：
（3）
（4
在求解得到拐臂组合件所受外?后，将其作为有限元分析的边界和载荷约束。
2 有限元分析本?研究了动物运输?前装机构在额定载荷300 kg的装载下，初始和最终临界位置时的节点应变和应?情况。
2.1 初始位置
初始位置是料?装载300 kg（动物运输?结构初始设计值）重物，油缸处于伸?极限状态的位置，此时对拐臂进?有限元分析，包括拐臂不同位置的应变以及应?。初始位置的应变情况如图3所?，为了清楚看到每个位置的应变，相应位置的放?图如图4中a、b、c和d所?。
如图3所?，拐臂的最?应变量为32.57 mm，应变量最?的部位位于拐臂与料?连接处。如图4所?，拐臂的左侧应变量明显?右侧应变量?，分析结果与实际情况相吻合。
初始位置拐臂的应?随单元的变化情况如图5所?。应?放?图如图6中a、b、c和d所?。
如图5所?拐臂的最?应?为200.11 MPa，应?最?的部位位于拐臂与箱体油缸连接处的上部。如图6所?，拐臂的左侧应?明显?右侧应?小。
2.2 最终位置
拐臂的最终位置是油缸回到未伸?状态时拐臂的位置，即拐臂初始位置绕拐臂?座顺时针旋转约90°的位置。如图7所?，拐臂处在最终位置时，其不同位置的应变情况。相应位置应变的放?图如图8所?。
如图7所?知拐臂的最?应变量为25.37 mm，应变量最?的部位同样位于拐臂与料?连接处。如图8所?，拐臂的左侧应变量明显?右侧应变量?，分析与实际情况相符合。
最终位置拐臂的应?随单元的变化情况如图9所?。应?放?图如图10中a、b、c和d所?。
从图9可知拐臂的最?应?为92.15 MPa，应?最?的部位位于拐臂与料?油缸连接处上部。从图10可知，拐臂的左侧应?明显?右侧应??。
为了更加直观地查看拐臂的有限元分析情况，汇总如表1所?[4]。
由上表可知，在初始位置时，与箱体连接的油缸给拐臂施加较?的拉?，约为20 080 N，在与箱体连接的油缸与拐臂铰接处附近，应?也较?，约200.11 MPa。而在最终位置，油缸给拐臂施加了反向的?，约为1 727 N，应?最?值也出现在与料?连接的油缸和拐臂铰接处附近，约为92.15 MPa。相较初始位置应?最?值，最终位置应?最?值下降了54%;相较初始位置的最?变形量，最终位置最?变形量下降了22%。通过分析，可得两位置的最?应?均低于材料的屈服极限355 MPa，满?强度要求，但应变量最?有32.57 mm。
3 优化?案
由于拐臂在初始位置时应变量较?，因此，接下来对拐臂在初始位置时进?优化设计，考虑到降低成本和减轻重量等因素，设計具体?案如下：
在拐臂两个油缸连接处的两侧各增加两个12 mm耳状加强板，以减小油缸连接处的应?和应变。优化加耳状加强板图如图11所?，其应变图如图12所?，应?图如图13所?。
如图1 2所?，经?案?优化后拐臂最?应变为27.55 mm。
如图1 3 所?，经?案?优化后拐臂最?应?为175.63 MPa。
拐臂优化效果对?结果如表2所?。
由表2可得，拐臂应变较未优化下降了15.4%，拐臂应?较未优化下降了12.2%。
4 结语
通过对动物运输?拐臂在初始和最终两个临界位置的有限元分析，可以得出在初始临界位置，拐臂的最?应?和应变较?。为减小拐臂的最?应?和应变，对其进?结构优化，优化后拐臂应变较未优化下降了15.4%，应?较未优化下降了12.2%。本?的分析对动物运输?的结构优化和质量提?具有指导作?。
参考?献：
[1] 李锦，郑伟，吴涛. 中?版UG NX 10.0技术?全[M].北京：??邮电出版社， 2018.
[2] 张克义，王珍吾，符春?，等.理论?学[M].南京：东南?学出版社，2017.
[3] 唐颖达.液压缸?册[M].北京：机械?业出版社，2020.
[4] 李云凯，王优强，?亚忠，等.基于ANSYS的压缩式垃圾?弧形?厢有限元分析[J].机床与液压，2021，49（10）：130-135.
作者简介：李?良，1980年?，?程师，研究?向为环卫?辆设计。ED0F0142-7CD3-4613-A0E1-68C79B76B629
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