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YB3A聯(lián)合收割機(jī)底盤機(jī)架是割臺、發(fā)動機(jī)、駕駛室、還田機(jī)、糧箱等各總成的安裝基礎(chǔ)。作為上述部件總成的安裝基體，車架承受這些總成的質(zhì)量及其傳給車架的各種力和力矩。是玉米收割機(jī)的關(guān)鍵承載部件。底盤機(jī)架主要由槽鋼、鋼板和少量矩形鋼焊接而成，其所承受的載荷十分復(fù)雜，概括起來，主要包括縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)、橫向彎曲、水平菱形扭轉(zhuǎn)以及它們的組合。機(jī)架的剛度和強(qiáng)度對整機(jī)安全使用及性能的影響很大，在設(shè)計(jì)和使用時對玉米收割機(jī)架的要求是：(1)具有足夠的強(qiáng)度，保證在使用期限內(nèi)，車架的主要零部件不因受力而破壞；(2)具有足夠的抗彎剛度，如機(jī)架的最大彎曲撓度應(yīng)小于l0mm，以免車架上的總成因變形過大而發(fā)生早期損壞；(3)機(jī)架要有合適的扭轉(zhuǎn)剛度，希望車架兩端的扭轉(zhuǎn)剛度大些，而中間一段小些；(4)車架要輕，一般其自身質(zhì)量應(yīng)在整車整備質(zhì)量的10%以內(nèi)，故對其進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析、固有特性分析非常重要。要達(dá)到以上要求，就需要對玉米收割機(jī)機(jī)架進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì)。
整車分析模型和機(jī)架三維模型見圖，機(jī)架的有限元分析模型以往多采用梁單元進(jìn)行離散化，但采用梁單元不能得到詳細(xì)的車架應(yīng)力分布結(jié)果，尤其不能得到車架局部如橫梁與縱梁連接處的應(yīng)力狀況，而連接處的應(yīng)力水平較高且變化劇烈，因此采用板殼單元建立車架模型。關(guān)于有限元建模，按照以下有限元分析思路進(jìn)行：對機(jī)架剛度影響較大的部分，如駕駛室、還田機(jī)、發(fā)動機(jī)支架、剝皮機(jī)架與機(jī)架連接的主梁，進(jìn)行詳細(xì)建模，對不與機(jī)架直接連接的部分用beam單元連接模擬部件自身剛度，用質(zhì)量塊單元模擬部件自身質(zhì)量，見圖。由于均由飯金件構(gòu)成，因此采用的單元類型為QUAD4及少量TRIA3板殼單元(SHELL單元)。焊接相連接的零部件按一個零部件創(chuàng)建。兩板搭接焊重疊處用兩板材料厚度之和進(jìn)行簡化。結(jié)構(gòu)上鉚釘和墊片處采用BEAM梁單元和RBE2剛體單元來模擬。部分焊點(diǎn)用RBE2剛體單元來模擬。銷軸連接處用自由度藕合(Coupled DOF)來模擬。機(jī)架有限元網(wǎng)格大小按照20mm進(jìn)行劃分。本模型共有結(jié)點(diǎn)數(shù)62943個，單元數(shù)61897個，用這些框架梁來代替部件的實(shí)際結(jié)構(gòu)，能更好地模擬車架的實(shí)際剛度，參見圖。材料屬性表見表。
機(jī)架剛度直接影響車架的承載功能。機(jī)架整體剛度低，將使機(jī)架的整體承載能力降低。機(jī)架的局部剛度低，將使車身局部變形增加，機(jī)架的局部安裝等功能喪失。機(jī)架剛度低，直接影響機(jī)架的疲勞強(qiáng)度，使機(jī)架的可靠性降低，局部的失效和整體的失效都將大大降低機(jī)架的整體使用性能，使收割機(jī)的整體性能指標(biāo)降低。連續(xù)的機(jī)架振動會造成機(jī)架結(jié)構(gòu)逐漸減弱并導(dǎo)致耐久性的問題。為了避免耐久性問題，車架必須有足夠的靜態(tài)彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。由于當(dāng)受到不平路面激勵時，彎曲載荷引起的機(jī)架應(yīng)力幅比扭轉(zhuǎn)載荷引起的小，所以，車架的扭轉(zhuǎn)剛度對耐久性問題更重要。通常車架的彎曲剛度用車架載荷F與最大彎曲撓度z的比值來衡量的，此時的彎曲剛度計(jì)算公式為Kz=F。車身的彎曲剛度=車身彎曲集中載荷/最大彎曲撓度此時彎曲剛度的單位是N/m。車架的彎曲剛度分析邊界條件：約束前懸置xyz方向的自由度和后懸置yz方向的自由度，在前后懸置的中點(diǎn)施加一個1000N的力，其邊界條件見圖。
用上述方法我們對原始設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)方案進(jìn)行了對比分析，參見圖。分析發(fā)現(xiàn)：改進(jìn)方案應(yīng)力分布和剛度方面都比原始方案要好，并且改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)要比原始設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)節(jié)省大約70kg的鋼材，改進(jìn)方案經(jīng)2008年市場批量驗(yàn)證。這種用來計(jì)算玉米聯(lián)合收割機(jī)底盤機(jī)架強(qiáng)度分析的方法不僅可以驗(yàn)證機(jī)架本身的強(qiáng)度和可靠度，還可用以比較多種設(shè)計(jì)方案的可行性，因而以CAE為手段的設(shè)計(jì)方法不僅為設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)更優(yōu)的產(chǎn)品提供參考依據(jù)，而且為企業(yè)縮短開發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
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