铰接式共振破碎机前车架有限元分析及轻量化设计.docVIP

铰接式共振破碎机前车架有限元分析及轻量化设计 　　摘 要：铰接式共振道路破碎机前车架主要用于承载共振系统，水箱，驾驶室等部件，其强度、固有频率及疲劳对于整车安全至关重要。本文在分析三种工况的载荷大小以及形式的基础上，通过ANSYS/WORKBENCH对其强度、模态以及疲劳进行仿真。本文以分析结果为基础对前车架进行轻量化设计，轻量化后的车架其质量下降12.6%左右。 　　关键词：共振破碎机；车架；有限元 　　中图分类号：U463.32 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2016）06-0102-06 　　Abstract： The front frame of articulated resonance road crusher is mainly used for carrying the resonance system， the water tank， the cab etc； therefore， The strength， natural frequency and fatigue is very important for the safety of vehicle. In this paper， the strength， mode and fatigue are simulated by ANSYS/WORKBENCH based on the analysis of the load size and form of the three conditions. On the basis of this analysis， the light weight design of the front frame is carried out and the weight of the frame is reduced by 12.6%. 　　Key Words： articulated resonance crusher； frame； finite element 　　我国的道路交通发展迅速，其中在已经通车的道路大约有40%是水泥混凝土的路面。随着我国车辆的增加特别是重载车辆的增多，其对道路的破坏也在加剧，许多道路都出现了严重的破损状况。如何高效的将这些损坏的道路进行破碎重修成为了当前急需解决的问题。共振破碎机以其高效率、低成本以及对环境影响小而在国外特别是美国被大量的使用。在破碎机工作过程通过调整共振系统中共振锤头敲击路面的频率来使路面发生共振，从而达到使路面破碎的效果。通过破碎后的混凝土可以被从新利用，这极大的减少了施工过程所造成的垃圾，节约了大量的成本[1]。国外对于共振破碎机已经进行了大量的研究。于1980年和1983年共振试验台架以及共振破碎机发明的专利被美国的Raymond A. Gurries， Reno， Nev申请了[2-3]。由于美国对相关技术的必威体育官网网址，目前国内对于破碎机的研究主要集中在各大高校。西南交通大学宴星凡[4]利用CAD，有限元等技术通过反求分析获得反求参数对样机的反求设计具有指导意义。武汉理工大学徐海[5]利用有限元技术对共振梁的模态以及完整样机的动力学进行仿真分析。武汉理工大学王晓友[6]利用虚拟样机技术以及台架试验对车-路耦合碰撞进行仿真分析。 　　本文以铰接式共振破碎机前车架为基础，通过对其非作业下的静载、行走两种工况以及作业下的动载工况进行受力分析，利用有限元软件ANSYS/Workbench对其进行强度、模态、以及疲劳仿真研究，并以分析结果为依据对其进行轻量化研究。 　　1 整车与前车架模型及其承载分析 　　1.1 整车与前车架三维模型 　　本车所研究的铰接式共振破碎机整车模型如图1所示： 　　破碎机的车架为铰接式车架，其可分为前车架与后车架。前车架主要用于安装共振系统（如：共振梁、配重箱等）、驾驶室、水箱、车轮、弹簧、减震器等部件。前车架的三维模型如图2所示： 　　1.2 前车架受载分析 　　破碎机在非作业下的静载以及行走工况下，配重液压缸提升拉杆将配重箱以及共振梁抬起以便让锤头离开地面。如图3所示： 　　当破碎机处于作业下的动载荷工况时，提升拉杆将配重箱以及共振梁放下，锤头接触地面。如图4所示： 　　破碎机前车架在三种工况下的受载情况如图5所示。当破碎机在静载荷工况下，其主要承受驾驶室的重力G2与水箱的重力G1，提升配重箱以及共振梁所需的液压力F1，共振梁对车架的反作用力F2。同时前车架还受到车轮与后车架在铰接轴处对它的约束U1与U2。 　　当破碎机在行走工况下，则前车架在静载荷的基础上，还要在铰接轴处添加一个推力F3。 　　当破碎机在动载荷工况下，前车架的承载与行走工况时相似，在其中由于不需要将配重箱和共振梁提起，所