基于ANSYS的檸條圓盤鋸式切割部件有限元分析.pdf

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1、2015年9月農(nóng)機(jī)化研究第9期基于ANSYS的檸條圓盤鋸式切割部件有限元分析邱述金，郭玉明，鄭德聰(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，山西太谷030801)摘要:檸條圓盤鋸式切割部件是檸條聯(lián)合收割機(jī)的關(guān)鍵部件。為此，通過分析圓盤鋸式切割部件的工作特性，結(jié)合檸條收割要求，確定三圓盤鋸式切割部件的各部件的尺寸參數(shù)，并利用三維實(shí)體建模軟件UG建立切割部件模型，導(dǎo)入有限元分析軟件ANSYS中進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，對(duì)單個(gè)鋸齒上刃部點(diǎn)在不同切割深度下的應(yīng)力、應(yīng)變進(jìn)行仿真分析，旨在為優(yōu)化檸條收割機(jī)切割部件結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。關(guān)鍵詞:檸條收割機(jī);圓盤鋸式切割部件;有限元分析+中圖分類號(hào):S225．59文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文

2、章編號(hào):1003－188X(2015)09－0227－03DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.09.0510引言1理論基礎(chǔ)目前，檸條機(jī)械化生產(chǎn)新技術(shù)研究及作業(yè)裝備設(shè)在彈性體中，節(jié)點(diǎn)載荷與節(jié)點(diǎn)位移、節(jié)點(diǎn)速度及計(jì)相關(guān)基礎(chǔ)研究還很少，急需研究性能可靠、實(shí)用的節(jié)點(diǎn)加速度有關(guān)，動(dòng)力學(xué)通用運(yùn)動(dòng)方程為［1－4］·檸條機(jī)械化生產(chǎn)裝備。圓盤鋸式切割部件是檸條[M]{}··u+[]C{}u+[]{Ku}={F(t)}(1)聯(lián)合收割機(jī)的關(guān)鍵部件，切割效果的好壞影響到檸條式中［M］—結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣;平茬后復(fù)壯的優(yōu)劣。收割機(jī)工作時(shí)，切割部件高速旋［C］—結(jié)構(gòu)阻尼矩陣;轉(zhuǎn)，對(duì)檸條進(jìn)行切割。由于

3、在切割過程中，割刀深度［K］—結(jié)構(gòu)剛度矩陣;由小到大，切割的檸條面先由小變大，后由大變小，所{F}—隨時(shí)間變化的載荷函數(shù);以檸條對(duì)切割部件阻力的大小、方向在整個(gè)切割過程{u}—節(jié)點(diǎn)位移矢量;中都是變化的。因受到較大的沖擊載荷和隨即激勵(lì)，·{}u—節(jié)點(diǎn)速度矢量;切割部件圓盤鋸的設(shè)計(jì)應(yīng)確定能承受切割過程中的{}··u—節(jié)點(diǎn)加速度矢量。外載荷，無殘余形變，允許少量的彈性形變，并具有較［5－8］當(dāng)設(shè)定F(t)=0，忽略掉結(jié)構(gòu)阻尼矩陣［C］時(shí)，可高的疲勞強(qiáng)度。圓盤鋸參數(shù)的優(yōu)劣直接決定了檸以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析。式(1)可寫為條的平茬質(zhì)量，針對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于缺乏精確的計(jì)算2方法、采用相對(duì)較大的安全系數(shù)

4、，從而導(dǎo)致切割部件([]K－ωi[M]){Φi}=0(2)圓盤鋸較笨重的問題，本文采用有限元分析軟件AN-其中，ωi為固有圓周頻率;Φi為振型。SYS，先給出圓盤鋸應(yīng)力計(jì)算的有限元力學(xué)模型，然后此處結(jié)構(gòu)剛度矩陣［K］、結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣［M］是常根據(jù)程序計(jì)算出所選關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)力大小及圓盤鋸的量，由式(2)可以得到固有圓周頻率和振型。［9－10］應(yīng)力分布規(guī)律，得出應(yīng)力集中區(qū)域，為切割部件2圓盤鋸模型的建立圓盤鋸的設(shè)計(jì)和疲勞分析提供理論依據(jù)，對(duì)減低功切割部件工作時(shí)，刀盤高速旋轉(zhuǎn)，田間作業(yè)或者耗、提高平茬質(zhì)量具有重要意義。室內(nèi)試驗(yàn)都不易觀察刀盤切割檸條的動(dòng)態(tài)過程。通過三維動(dòng)態(tài)仿真可以較易觀察刀盤復(fù)雜的

5、運(yùn)動(dòng)過程，收稿日期:2014－09－26并可通過模態(tài)分析驗(yàn)證是否滿足避免共振的條件。基金項(xiàng)目:山西省科技攻關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目(20090311043);科技部成果轉(zhuǎn)化按照我們前期探索的檸條切割部件結(jié)構(gòu)參數(shù)，切項(xiàng)目(2009GB2A300037);山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(2013011066－9);山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新項(xiàng)目(20133061)割部件刀盤直徑為400mm。在此選取三圓盤鋸式切作者簡(jiǎn)介:邱述金(1988－)，男，山東昌邑人，博士研究生，(E－mail)割部件其中的任一圓盤鋸式切割部件進(jìn)行分析。由sxauqsj@sina．com。于ANSYS分析所需的模型通常是簡(jiǎn)化模型，在保證仿通訊作

6、者:郭玉明(1954－)，男，山西平定人，教授，博士生導(dǎo)師，(E－mail)guoyuming99@sina．com。真需要的部件和實(shí)際一致前提下，把次要部件合并到·227·2015年9月農(nóng)機(jī)化研究第9期主體部件，以減少繁冗的約束。本文采用的圓盤鋸式3)第3階固有頻率為f3=392Hz，為切割部件刀切割部件包括鋸盤、鋸軸、軸套及其連接件(螺母、墊盤繞轉(zhuǎn)軸正方向的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。圈和銷、鍵)。由于ANSYS的三維建模復(fù)雜不便，首4)第4、5、6階固有頻率分別為f4=460．94Hz、先利用三維建模軟件UG對(duì)切割部件進(jìn)行三維實(shí)體建f5=461．61Hz、f6=490．34Hz。模，然后通過軟件間的

7、接口導(dǎo)入到ANSYS中。由此得到的檸條圓盤鋸式切割部件的三維模型如圖1所示。圖1檸條圓盤鋸式切割部件三維模型Fig．1The3Dmodelofdiscserratedcutterofcaragana由于仿真過程只需要其主要部件即可實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化其模型為鋸盤、鋸軸、軸套連為一體，在ANSYS中設(shè)置關(guān)聯(lián)中心為精細(xì)，平滑化為高，跨角中心為精細(xì)，劃分單元后模型如圖2所示。圖2檸條圓盤鋸式切割部件有限元模型Fig．2Thefiniteelemen