割草机车架静特性有限元分析

欧阳兆彰　李伟业

摘 要：车架的静态特性对割草机的强度、寿命有重要的影响。本文基于有限元分析方法，对自主研发的割草机车架进行静态分析，得到危险部位，强度校核车架拟使用的材料。评价整车的结构合理性与安全性。本文对车架特性的研究工作，为下一步设计工作提供依据，缩短开发周期，确保整车安全质量。

关键词：割草机车架；静态特性；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.225

车架是割草机的关键承载构件。它不仅承载乘员与割草机构的重量，还将发电机，电动机、传动装置等零部件有机连接成一个整体。车架静态特性对割草机的强度、寿命有重要的影响，是整车设计开发工作中的重要环节。割草机在户外草坪修剪工作中还承受各种复杂多变的外界载荷，车架必须有合理的强度，才能确保整车的安全性[1]。

江门市公路局与江门职业技术学院联合开发的新型割草机，三维设计图如图1所示。该割草具有自主研发的液压割草机构，能实现升降、收缩，完成各种草坪的修剪工作要求。因此，整车要承载的的设备较多，车架的安全性十分重要，车架结构如图2所示。在产品设计初期，建立整车三维模型后，通过ANSYS有限元分析软件进行静态特性进行分析，校核强度，确保整车的安全，并为改进设计提供参考意见。

1 车架有限元模型的建立

有限元法的基本思想，把一个连续的弹性体离散成多个的单元组合体来研究，用一个离散结构来代替原来的连续结构，作为真实结构的近似力学模型[2]。割草机的车架由管材焊结而成，并承载复杂的载荷。车架的前端主要安装液压升降伸缩割草机构，总重约600公斤；车架的中间主要放置电子设备、油箱与搭载人，估算共500公斤，车架后端主要承载发电机、电动机与减速机构，约重400公斤。根据受力情况，对车架有限元模型施加约束的边界条件，把乘员以及机械、电子设备等作为载荷转化为均布力施加在车架上，在ANSYS软件对模型进行求解[3]。

2 车架静态特性分析

通过Ansys软件计算分析，得到车架应力云图，如图3所示。可以观察与分析车架的最大应力位置。车架管的最大应力出现在前段安装液压割草机构处，其最大应力为17.3MP。割草机车架拟用的钢得其屈服极限σb为375～460MPa根据实际情况取安全系数 n=2.5则许用应力值[σ]为150～184 MP，根据有限元分析结果（由图3可看出）最大应力为由分析结果σmax=17.3MP，即σmax < [σ] 。因此，拟设计的车架的静态特性能很好满足强度要求。根据有限元分析的结果，对车架使用材料可使用截面积更少的管材，进一步减轻车架重量，减低造车成本。

3 结语

用ANSYS软件进行车架静态分析，得到静应力的危险部位。强度校核分析表明，车架拟使用的材料能很好满足车辆承载要求。本文对车架静、动态特性的研究工作，可为下一步设计工作提供依据，减少割草机开发周期，降低成本，确保整车开发质量。

参考文献：

[1]Grandhi. Structural optimization with frequency constraints areview[J].Journal.1993，31（12）29-35.

[2]Hyungyil Lee，Heon Seo，Gyungjin Park.Design enhancements for stress relaxation in Automotive multi-shell-structures[J].Nan Ling Campus， Jilin University，2001

[3]张进国，程晓辉，孙敬宜.基于ANSYS的汽车车架结构有限元分析[J].拖拉机与农用运输车，2006（05）.

广东省公路管理局科研项目（项目编号：2013-12）

作者简介：欧阳兆彰（1982-），男，广东江门人，机械工程讲师，主要从事：机械部件结构设计与优化。