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在我國北方地區(qū)，冬季持續(xù)時間長，年降雪量相對較大，積雪嚴重影響了交通運輸?shù)臅惩ㄅc安全，及時清除道路積雪，是冬季道路養(yǎng)護作業(yè)的一項重要內容。文中設計的清雪鏟可對壓實的冰雪沖擊破碎并予以清除，一次性破冰除雪，高效節(jié)能，避免污染，無需人工二次除雪，當遇到障礙物時，清雪鏟可自動越障，越障過程無需停車。為了提高振動清雪鏟的性能和產(chǎn)品質量，有必要對清雪鏟的靜態(tài)和動態(tài)特性進行研究，使清除冰雪效果更佳，產(chǎn)品可靠性更高。文中對振動清雪鏟的靜動態(tài)強度有限元分析進行研究。
振動清雪鏟能夠清除浮雪和-20℃時厚度30mm的壓實冰雪，清雪效率(露出路面)95%以上。清雪鏟寬度3.2m；大端高度1.1m，小端高度0.84m；清雪鏟總質量1.9t；振動清雪鏟的側傾角為20°，振動清雪鏟如圖1所示。
利用偏心輪機構，馬達帶動振動鏟振動，振動鏟把壓實的冰雪振碎并同時清除。主鏟板與車輛前進方向有20°側傾角，主鏟板可以把振碎的冰雪拋揚至路邊。當遇到障礙物時，越障機構會自動越過障礙物。
鏟刃的振動是由液壓系統(tǒng)驅動振動馬達旋轉，馬達通過皮帶帶動皮帶輪旋轉，從而使同軸上的偏心輪旋轉，最終鏟刃按照正弦規(guī)律實現(xiàn)往復運動(即鏟刃的振動)。而在有限元分析過程中，激振力的施加位置是保證計算準確的關鍵。通過對清雪鏟的運動分析，激振力的施加位置如圖4所示。
文中利用ANSYS軟件對清雪鏟結構進行應力強度分析，并采用了ANSYS中的3種單元shell63，beam188和solid185。shell63為板殼單元，既具有彎曲能力又具有膜力，可以承受平面內載荷和法向載荷。beam188適應于從細長到中等粗短的梁結構，單元基于鐵木辛哥梁結構理論，并考慮了剪切變形的影響。solid185單元用于構造三維固體結構，單元具有超彈性、應力鋼化、蠕變、大變形和大應變能力。
當行車速度為3km/h時，在鏟刃上施加雪阻力，振動清雪鏟在靜載荷作用下有限元計算的應力云圖如圖5。
從圖5可以看出，在3km/h時，清雪鏟在靜載荷作用下，主鏟板與軸承座支撐筋接觸處、振動臂和襯板接觸處、支撐梁與前懸掛接觸處應力較大。其中最大應力產(chǎn)生在主鏟主板與軸承座支撐筋接觸處，最大應力值為2.02e8 Pa。
將諧響應分析法應用于清雪鏟結構的動應力分析。首先用有限元方法對清雪鏟進行模型簡化并計算出清雪鏟的動頻，然后應用模態(tài)疊加諧響應分析計算出雪鏟位移的動態(tài)響應，進而對位移動態(tài)響應進行擴展分析求得雪鏟的動應力。
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