丘陵山地拖拉机折腰壳体仿真分析

摘 要： 针对丘陵山地拖拉机底盘受载工况恶劣，折扭壳体强度不足造成易断裂问题，在颠簸、斜坡和转向3 种工况下运用Nastran 和Hypermesh 联合建立有限仿真分析模型进行校核计算。根据仿真分析结果判断壳体结构的合理性，通过改变折腰壳体结构设计使强度安全系数有效提升，经过3 种工况的折腰壳体强度专项试验验证，并通过超声波仪器对壳体薄弱部位进行物理探伤，壳体无损害现象。试验结果验证了折腰壳体理论设计和仿真分析的可靠性及可行性。

关键词：丘陵山地拖拉机；折腰壳体；有限元；校核计算；物理探伤

中图分类号：S219.85 文献标识码：A 文章编号：2095-1795（2024）09-0086-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.09.015

0 引言

拖拉机底盘是集传动、行走、液压、转向、制动和机电液集成控制等技术于一体的动力机械移动平台[1]。壳体作为拖拉机底盘的重要部件，不仅要支撑内部传动零部件，而且是机架、提升装置和驾驶室等部件的承重载体。折腰拖拉机底盘无前桥转向支撑，靠前后轮中间油缸驱动前后轮完成转向，折腰壳体的受载大，其结构设计不当将严重影响箱体内部齿轮、轴承和离合器等重要部件的工作性能。如壳体强度不足，将发生裂纹或断裂，致使拖拉机无法转向，由于丘陵山地拖拉机特殊作业环境会使驾驶员无法保证人身安全[2]。因此，折腰壳体强度分析是丘陵山地拖拉机优化设计中的重要一环。

本研究针对丘陵山地拖拉机受载工况恶劣，对连接箱体进行受力分析，通过Hypermesh 和Nastran 联合建立有限元仿真模型。仿真结果可判断折腰壳体的薄弱部位，根据整体布置空间和使用要求对其进行优化，并针对优化后的壳体开展专项试验验证，以期为新开发折腰壳体的设计、仿真、试验和检验方法提供了理论和技术支持。

1 折腰壳体有限元分析

1.1 建立有限元模型

丘陵山地拖拉机底盘连接总成主要包括变速箱壳体、后桥壳体、前折腰壳体、后折腰壳体、最终传动壳体、左最终传动轴和右最终传动轴。前、后折腰壳体分别与变速箱和后桥壳体靠螺栓连接。其结构较为复杂，对三维模型连接状态进行简化。简化的前提是不能影响拖拉机的质心位置、轴距和轮距等因素[3]。其三维模型如1 所示。