车载式绿篱修剪机伸缩臂有限元分析与优化
雒晓辉! 赵!悟! 杨力超
"长安大学!道路施工技术与装备教育部重点实验室! 陕西!西安! #"( ,"& # ! 摘要" 运用 4= 8 软件建立了车载式绿篱修剪机伸缩臂实体模型#通过有限元分析软件 - 5 5 对 /(O ! 伸缩臂结构进行了动力学分析#得到了其振动模态特性$对伸缩臂进行了结构拓扑优化设计#并结合工艺 性与经济性提出了结构改进的方案#为伸缩臂结构的可靠性及合理性设计提供了参考$ ! 关键词" 伸缩臂%有限元%拓扑优化%- 5 5 (O ! ! 中图分类号"! #%!! ! 文献标识码"# !! ! 文章编号" "#'( # # $ $#+" ,! #"$' % ! "# ""$' " !
G% $ .1 % (( ' ( +,&1J& %, K* " #*+$ #1 $' $ ',/ , 1 // $ $& %. / % : /( , - $/ . $0 & 1# & $): & $ / / )( L/ )>, 2' ( .
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在绿篱修剪机的设计开发过程中#利用虚拟样 机技术对伸缩臂结构进行合理有效的动力学分析# 了解其动态特性#得到优化和改进的设计方案#对 开发实用&可靠的绿篱修剪机具有十分重要的意 义$
3 伸缩臂结构 !
车载式绿篱修剪机主要由回转底座总成&伸缩 臂总成及刀头总成组成#结构简图如图#所示$其 中伸缩臂总成由静臂&动臂以及滑块构成#可在举 升液压缸与伸缩液压缸共同作用下实现绿篱修剪机 高位水平修剪&高位竖直修剪及低位打草工况姿态 的调整#以适应不同修剪作业的要求#各工况示意 图如图!所示#其相关设计参数如下,
工况# 高位竖直修剪工况%工况! 高位水平修剪工况% $ $ 工况% 低位打草工况 $
图4 车载式绿篱修剪机作业工况示意图 !
承载车型号 江铃轻卡双排长轴系列 修剪绿篱速度 !C N -K - " ( 修剪幅宽 CC #" '" 修剪高度 CC #" %" " # "" 刀片切削角速度 ! C0 -/ ; " %" "" 整机总重 K -L #' %" !!绿篱修剪机伸缩臂的有限元分析和结构优化都是 以虚拟样机模型为对象的#通过三维建模软件 4= 8 /!
! 收稿日期" "" " * + !# * & !
# 承载车! $ 回转底座总成! $ 伸缩臂总成! $ 刀头总成 $ ! % (
! 通讯地址"雒晓辉! 陕西西安市长安大学校本部东院 "雁塔 校区# '%信箱 %
图3 车载式绿篱修剪机结构简图 !
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!#$ ! ! ""# 上半月刊"
建立绿篱修剪机伸缩臂的静臂&动臂的实体模型如 图% (所示#根据其装配关系生成伸缩臂全伸& & 全缩两种工况实体模型$
4 伸缩臂有限元模型 !
采用动力学仿真软件 - 5 5对伸缩臂结构进 (O 行有限元分析$为了便于建立有限元模型#对结构 中局部 细 节 进 行 合 理 的 简 化# 因 三 维 实 体 单 元 5 : 3 '能够用于不规则形状#计算精度高#具 ' 6) 有位移协调形状#适用于模拟弯曲边界#每个节点 具有 .& & 方向 % 个自由度#故选用实体单元 < /
)* 5 : 3 '对伸缩臂实体模型进行网格划分 # $建 ' 6) 立的伸缩臂有限元模型如图'所示#全伸工况模型
图6 静臂三维模型 !
共划分#+( 个单元# &%) 个节点%全缩工况 +'' %+, 模型共划分#+# 个单元# &'! 个节点$计算 +## %,! 所需材料特性参数如表#所示$ 伸缩臂工作时#静臂与动臂之间依靠滑块的接 触与挤压传递载荷#滑块结构如图&所示$如果利 用 - 5 5中的接触单元来分析#因其迭代次数较 (O 多&计算规模较大&准确性差#因此采用节点自由 度耦合技术来模拟滑块与静臂&动臂间的接触$因 动臂沿接触面方向有相对滑动趋势#将接触面节点
图B 动臂三维模型 !
! 的法向自由度耦合#释放其切向自由度)*$
图< 伸缩臂有限元模型 ! 表3 伸缩臂模型参数 ! 参数 数值 密度 !L C " - K- % ,+ # % $ 0" 泊松比 "% $ 弹性模量 7 @ - 4 !" 0 " $& #' 质量 K -L #' "
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