基于ANSYS的共振破碎機車架的有限元分析

吳永勝，官　革，邢紅亮

（長安大學機械工程學院，陜西西安710064）

基于ANSYS的共振破碎機車架的有限元分析

吳永勝，官革，邢紅亮

（長安大學機械工程學院，陜西西安710064）

車架是共振破碎機重要組成部分，是整個車輛承載基體，因此車架在載荷作用下的強度和動態特性設計須滿足共振破碎機工作時的工作要求。對車架的承載進行了分析，通過有限元軟件ANSYS對車架結構進行強度和模態分析，得到車架在載荷作用下的應力應變圖和車架的固有頻率、振型圖，結果表明設計的車架滿足共振破碎機工作時的強度和頻率要求。

共振破碎機車架；ANSYS；模態分析

隨著水泥混凝土路面的修繕與改建工程越來越多，路面重修質量成為目前急需解決的問題，我國道路重修采取的維修改造措施包括“白加白”、“白加黑”或“白改黑”，但在施工后經常會發生反射裂縫，達不到預想的使用效果［1，2］。車架作為共振破碎機各個總成的承載基體，是共振破碎機的主體部分，車架結構設計直接影響共振破碎機工作時的性能。通過有限元軟件ANSYS對車架結構進行強度和模態分析，計算該車架自由狀態下的固有頻率及振型特性對整車動態性能的影響，為車架結構的優化設計提供參考依據。

1　PSZ600型路面共振破碎機車架的承載分析

共振破碎機車架采用復合式車架，通常由邊梁式車架和中梁式車架組合而成或者是邊梁式車架承載式一體車架組成，這樣可以增加車身的抗扭強度。車架由覆蓋承載車身、內連接架、牽引總成和車架連接腹板組成，車架整體尺寸4 320 mm×1 580 mm ×2 040 mm，車架內連接架采用矩形截面梁組合而成［3］。在三維建模軟件proe中創建車架的三維模型如圖1所示。

圖1　車架結構簡圖

破碎機在作業情況與非作業情況下，車架的受力情況是不相同的，在非作業情況下根據是否受牽引力分為靜載荷工況與牽引工況，作業狀態下除受靜載荷外，主要是動載荷工況，下面分析3種工況下車架的載荷，車架受力圖如圖2所示。

圖2　車架受力圖

（1）車架不受牽引力情況下，承受的載荷包括發動機、共振梁與配重塊的重力總成；（2）車架在受牽引力情況下，載荷在車架不受牽引力工況基礎上，還承受牽引力；（3）破碎機在工作工況時，減震器處和旋轉臂支點處承受的是周期載荷，由于共振梁的工作頻率為46 Hz，車架承受的周期載荷為：

F=A［1+sin（92πt+90°）］（1）

其中：F為車架承受的周期載荷（N）；A為幅值。

將各個總成的載荷全部加載為集中載荷，工況載荷見表1和2所示。

表1　非作業工況下各處靜載荷

表2　作業工況下各處載荷

2　車架的有限元分析

2.1車架載荷強度分析

車架結構非常復雜，為提高效率，將在三維建模軟件proe中創建好的模型轉換為parasolid數據類型，再通過輸入接口將車架模型讀入ANSYS中進行分析。車架材料采用16Mn鋼，材料特性如表3所示，采用solid單元類型，為獲得計算精度，采用二次四面體單元和智能網格劃分，劃分后共生成164 187個節點，生成82 426個單元，有限元模型如圖3所示。

表3　車架材料特性

圖3　車架有限元模型

根據表1和表2的載荷分析，當車架在靜載荷工況下，在ANSYS中對支座雙銷處和車前連接處進行全約束，此工況下車架的應力應變圖如圖4所示。

圖4　靜載荷下車架的應力應變圖

由圖4知，在靜載荷工況下，車架所受最大應力為169 MPa，最大位移為7.803 mm.

當車架在動載荷工況下，根據共振梁的安裝特點，安裝位置是共振梁的節點，即振動時理論上位置不會變化的點，所以動載荷工況下的載荷可以處理成靜載荷，取極限值［4］。此工況下車架的應力應變圖如圖5所示。由圖5可知，在動載荷工況下，車架所受最大應力為265 MPa，最大位移為7.174 mm.

圖5　動載荷下車架的應力應變圖

由以上車架的應力應變圖可以看出，以上3種載荷工況下車架最大應力都發生在加強筋底部，最大位移發生在吊耳處。車架除應力集中區域應力較大以外，其余部分應力很小，車架材料屈服極限［σs］=360 MPa，最大許用變形［δs］=11.85 MPa.

3　結束語

本文通過建立共振破碎機車架的三維實體模型和對車架的載荷分析，得到共振破碎機作業和非作業狀況下的載荷及其大小，基于ANSYS建立共振破碎機的車架的有限元模型，并對模型進行了強度分析，得到車架的應力應變圖；隨后基于ANSYS對車架進行自由模態分析，得到車架的固有頻率和振型，分析結果證明該車架具有足夠的強度和良好的動態特性，符合共振破碎機工作要求。

［1］Ksaibati，KhaledMiley，MlliamArmaghani.Rubblization of concrete pavements［J］.Transportation Research Record，1999，（01）:165-171.

［2］王海飛，徐京濤，王鑫．水泥混凝土路面碎石化施工機械［J］.筑路機械與施工機械化，2006，23（12）:1-3．

［3］劉利宏．碎石化過程中水泥混凝土路面的損傷分析［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學，2011．

［4］紀秀業.共振道路破碎機車架設計與研究［D］.武漢:武漢理工大學，2011．

［5］候獻曉.共振式道路破碎機車架有限元分析及輕量化設計［J］.機械設計，2014，31（4）:80-83.

Finite Element Analysis of the Frame of the Resonance Crusher based on ANSYS

WU Yong-sheng，GUANG Ge，XING Hong-liang
（School ofmechanical engineering，Chang'an University，Xi'an Shaanxi 710064，China）

The frame is an important part of the resonance crusher，is the entire vehicle load matrix，so the strength and dynamic characteristics of the frame under the load of the design mustmeet the requirements of the work of the resonance crusher.In this paper，on the frame of the bearing are analyzed，using the finite element software ANSYS，the frame structure of strength and modal analysis，the frame is received under the load should be stress strain diagram and frame of the inherent frequency and vibration type figure.The result shows that the frame is designed tomeet the requirement of the intensity and frequency of the resonance crusher work.

resonance crusher frame；ANSYS；modal analysis

TH114

A

1672-545X（2016）05-0093-02

2016-02-01

吳永勝（1989-），男，河南周口人，碩士研究生，主要從事機器人控制系統設計與研究。