基于NX的動物運輸?拐臂有限元分析

李?良　李勝

摘要：前裝機構是動物運輸?的重要組成，它是搜集病死畜禽的關鍵部件。因受?而產?較?的應?和應變通常會影響動物運輸?的正常?作，借助NX對動物運輸?滿載情況下拐臂在臨界狀態的受?情況進?分析。結果表明，拐臂在初始位置最?應?和應變?最終位置的值較?，初始位置拐臂的最?應?為200.11 MPa，最?應變量為32.57 mm。對其進?結構優化，優化后拐臂應?較未優化下降了12.2%，應變較未優化下降了15.4%。

關鍵詞：動物運輸?;前裝機構;拐臂;應?;應變;NX

中圖分類號：TP391.7 收稿?期：2022-04-30

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.010

我國是?口?國，同樣也是養殖?國。在農?養殖過程中，難免會有禽畜類因為?些疾病而死亡。所以，研發出?種專?搜集病死畜禽的專??輛?常必要。動物運輸?不僅能滿?搜集病死畜禽的市場需要，同時能防?病死畜禽因處理不當造成環境污染，避免感染?類。

動物運輸?是由前裝機構、箱體和底盤三?部分組成。動物運輸?的關鍵部位在于前裝機構，而拐臂的結構強度直接決定了前裝的強度。前裝機構?作原理是與箱體連接的液壓缸帶動拐臂繞拐臂?座旋轉的同時，與拐臂相連的料?隨拐臂?起旋轉，將地?的病死畜禽運送到動物運輸?箱體?。其?作過程中，在液壓缸提供的液壓??夠時，拐臂的結構強度就起著?關重要的作?。

因此，借助NX對動物運輸?進?有限元分析，它的結果將為動物運輸?的研發和量產提供理論依據[1]。

1 拐臂結構及受?

動物運輸?的模型如圖1所?，前裝機構是由料?組合件以及拐臂組合件等組合裝置，而拐臂就是圖中?頭上形狀如??樣的結構。本?將分析動物運輸?在額定載荷作?下，初始和最終兩種臨界狀態下的應?的應變情況。圖1中，拐臂位置為其初始位置，拐臂的最終位置為初始位置順時針旋轉約90°的位置。

前裝機構的受?情況如圖2所?。O為拐臂的旋轉?點， G1為料?及組合件的重?， G2為拐臂組合件的重?，F1為料?和拐臂連接處的作??， F2為料?和拐臂連接油缸（料?油缸）施加的作??， F3為箱體和拐臂連接處的作??， F4為箱體和拐臂連接油缸（拐臂油缸）施加的作??，以上?的單位均為N。在拐臂油缸作?下整個前裝機構繞拐臂的旋轉?點旋轉，完成將病死畜禽搜集到動物運輸?箱體?的?作。

分別以料?組合件和拐臂組合件為研究對象進?受?分析，動?學?程如下：

（1）

以料?組合件為研究對象，代??程（1）得：

（2）

同樣以拐臂組合件為研究對象，代??程（1）得：

（3）

（4

在求解得到拐臂組合件所受外?后，將其作為有限元分析的邊界和載荷約束。

2 有限元分析本?研究了動物運輸?前裝機構在額定載荷300 kg的裝載下，初始和最終臨界位置時的節點應變和應?情況。

2.1 初始位置

初始位置是料?裝載300 kg（動物運輸?結構初始設計值）重物，油缸處于伸?極限狀態的位置，此時對拐臂進?有限元分析，包括拐臂不同位置的應變以及應?。初始位置的應變情況如圖3所?，為了清楚看到每個位置的應變，相應位置的放?圖如圖4中a、b、c和d所?。

如圖3所?，拐臂的最?應變量為32.57 mm，應變量最?的部位位于拐臂與料?連接處。如圖4所?，拐臂的左側應變量明顯?右側應變量?，分析結果與實際情況相吻合。

初始位置拐臂的應?隨單元的變化情況如圖5所?。應?放?圖如圖6中a、b、c和d所?。

如圖5所?拐臂的最?應?為200.11 MPa，應?最?的部位位于拐臂與箱體油缸連接處的上部。如圖6所?，拐臂的左側應?明顯?右側應?小。

2.2 最終位置

拐臂的最終位置是油缸回到未伸?狀態時拐臂的位置，即拐臂初始位置繞拐臂?座順時針旋轉約90°的位置。如圖7所?，拐臂處在最終位置時，其不同位置的應變情況。相應位置應變的放?圖如圖8所?。

如圖7所?知拐臂的最?應變量為25.37 mm，應變量最?的部位同樣位于拐臂與料?連接處。如圖8所?，拐臂的左側應變量明顯?右側應變量?，分析與實際情況相符合。

最終位置拐臂的應?隨單元的變化情況如圖9所?。應?放?圖如圖10中a、b、c和d所?。

從圖9可知拐臂的最?應?為92.15 MPa，應?最?的部位位于拐臂與料?油缸連接處上部。從圖10可知，拐臂的左側應?明顯?右側應??。

為了更加直觀地查看拐臂的有限元分析情況，匯總如表1所?[4]。

由上表可知，在初始位置時，與箱體連接的油缸給拐臂施加較?的拉?，約為20 080 N，在與箱體連接的油缸與拐臂鉸接處附近，應?也較?，約200.11 MPa。而在最終位置，油缸給拐臂施加了反向的?，約為1 727 N，應?最?值也出現在與料?連接的油缸和拐臂鉸接處附近，約為92.15 MPa。相較初始位置應?最?值，最終位置應?最?值下降了54%;相較初始位置的最?變形量，最終位置最?變形量下降了22%。通過分析，可得兩位置的最?應?均低于材料的屈服極限355 MPa，滿?強度要求，但應變量最?有32.57 mm。

3 優化?案

由于拐臂在初始位置時應變量較?，因此，接下來對拐臂在初始位置時進?優化設計，考慮到降低成本和減輕重量等因素，設計具體?案如下：

在拐臂兩個油缸連接處的兩側各增加兩個12 mm耳狀加強板，以減小油缸連接處的應?和應變。優化加耳狀加強板圖如圖11所?，其應變圖如圖12所?，應?圖如圖13所?。

如圖1 2所?，經?案?優化后拐臂最?應變為27.55 mm。

如圖1 3 所?，經?案?優化后拐臂最?應?為175.63 MPa。

拐臂優化效果對?結果如表2所?。

由表2可得，拐臂應變較未優化下降了15.4%，拐臂應?較未優化下降了12.2%。

4 結語

通過對動物運輸?拐臂在初始和最終兩個臨界位置的有限元分析，可以得出在初始臨界位置，拐臂的最?應?和應變較?。為減小拐臂的最?應?和應變，對其進?結構優化，優化后拐臂應變較未優化下降了15.4%，應?較未優化下降了12.2%。本?的分析對動物運輸?的結構優化和質量提?具有指導作?。

參考?獻：

[1] 李錦，鄭偉，吳濤. 中?版UG NX 10.0技術?全[M].北京：??郵電出版社， 2018.

[2] 張克義，王珍吾，符春?，等.理論?學[M].南京：東南?學出版社，2017.

[3] 唐穎達.液壓缸?冊[M].北京：機械?業出版社，2020.

[4] 李云凱，王優強，?亞忠，等.基于ANSYS的壓縮式垃圾?弧形?廂有限元分析[J].機床與液壓，2021，49（10）：130-135.

作者簡介：李?良，1980年?，?程師，研究?向為環衛?輛設計。ED0F0142-7CD3-4613-A0E1-68C79B76B629