平地机前机架两种截面结构分析

卜莉莉，魏 静

（徐工集团工程机械股份有限公司 道路机械分公司，江苏 徐州221004）

平地机是一种高速、高效、高精度和多用途的土方工程及矿用机械，可满足道路维护、道路建设、路边修整、路面精整、矿区路面平整与养护、冰雪清除、原始地貌平整以及硬土松裂等工况。前机架是平地机关键部件之一，其结构可靠性至关重要，尤其在路边修整、刮坡、挖沟以及矿区路面平整等恶劣工况下，对前机架的可靠性提出了更高的工况适应性能要求。

1 前机架的主要受力情况

平地机工作时，前机架受力状态如图1和图2所示。

图1 平地机工作时受力状态

图2 前机架受力状态

工作装置的阻力（牵引力）P1=F1。

通过受力状态可以看出，前机架在工作时主要受弯曲和拉伸载荷。

2 前机架的两种截面结构型式

如图3所示，对两种截面结构型式进行受力分析。

图3 两种结构型式受力图

对于结构一

截面积为：A1=2ht+2（b-2t）t=（2h+2b）t-4t2

对x轴惯性矩为

对中性轴x的抗弯截面系数为

对于结构二

截面积为A2=2（h-2t）t+2bt=（2h+2b）t-4t2=A1

对x轴惯性矩为

对中性轴x的抗弯截面系数为

将b=280mm;h=280mm;t=16mm;a=14mm带入上述公式可得

从以上计算得出：在前机架承受相对x轴的弯矩时，结构二优于结构一。

3 两种结构型式的有限元分析比较

3.1 模型建立与边界条件

材料参数如下。

材料 Q345

密度（kg/m3） 7850

弹性模量（MPa） 2×10e5

泊松比 0.3

屈服极限（MPa） 345

前机架工作时主要是受铲刀刮土时向后的作用力及铲刀升降油缸下压时的反作用力。铲刀向后的最大作用力，我们以平地机轮胎打滑计算，设平地机的重量16t，取地面摩擦系数0.75，计算出平地机的最大附着力为84kN，此力加载在牵引架球铰处；油缸最大下压力，我们以使平地机前轮抬起计算，最大下压力为120kN，此力加载在连接摆架处。在前后机架的连接处施加固定约束，对前机架进行网格剖分,建立有限元分析模型。

3.2 静力学分析

静力学分析结果如图4和表1所示。

图4 静力学分析原图

表1 两种结构应力对比

从应力云图得出：结构二应力低于结构一，故在工作载荷下，结构二强度较大。

4 结 论

1）通过计算得出，在前机架承受相对x轴的弯矩时，结构二优于结构一。

2）在工作载荷下的有限元分析表明：结构二应力低于结构一，结构二强度较大。

3）对于两种结构的强度比较，有限元静力分析与上节理论计算结论相同。

综上，结构二是较优的方案。