SB11推耙机H形架应力分析研究总结报告

PAGEPAGE１SB11推耙机H形架应力分析研究总结报告目录SB11型推耙机H形架概述………………..2SB11型推耙机H形架相关数据及载荷计算……………..3工作装置结构及整体坐标系的确定………………..….3障碍物对铲刀的反力及计算位置的选择……………...3H形架受力分析………….5H形架外载荷计算结果………………….9SB11型推耙机H形架有限元分析……….10结束语…………..…………..10附页…………11SB11型推耙机H形架概述近几年来，随着我国各港口散货吞吐量的大幅度增长，平舱和清舱的作业量也随之骤增。目前各装卸公司所使用的平舱机械多为从国外引进和国内生产的各种推耙机。由于推耙机多用于船舶平舱和清舱作业，作业对象不定、作业条件恶劣、载荷变化较大、作业工序反复循环以及操作频繁，致使推耙机工作装置的工作条件十分恶劣。推耙机的工作装置包括推耙铲刀、H形架、铲刀升降机构、铲刀推耙机构。当铲刀正载时工作装置要承受弯曲及拉压组合作用，当铲刀偏载时要承受弯曲、拉压以及扭转组合作用，工作时铲刀有时会突然顶到障碍物，要承受冲击载荷作用。所以推耙机工作时，工作装置将受到不同工况影响，致使其H形架结构所受的外载荷均不同，受力状态非常复杂。国内外产的推耙机在其实际使用中H形架均时常发生焊缝开裂、变形及断裂等破坏，严重影响推耙机的正常使用，降低生产效率，延误施工进度，与港口装卸生产所要求的快速、高效之需要很不适应。为此，我们对SB11型推耙机的H形架结构力学性能进行了详细的分析。SB11型推耙机H形架相关数据及载荷计算2.1工作装置结构及整体坐标系的确定本结构在计算中假定、杆和至油缸支架杆（即推耙缸和提升缸）为刚性二力杆（见图2-1、2-2）。实际工作中与两个推耙缸油路相通，故实际工作中与表现为一根三维自然坐标系的二力杆，我们在对H形架的计算中将和视为两个独立的二力杆，对结构的力学性能提出了更高要求。（提升缸同理简化）外形图2-1明显的，本结构为超静定结构，要求解超静定问题，就必须根据结构变形的几何关系以及力与变形的物理关系来建立足够的补充方程，然后联同静力平衡方程，求解全部未知力。由于本结构比较复杂，笔算力与变形的物理关系将消耗大量计算量，故本报告结合Pro/Mechanica软件寻求力与变形的物理关系，简化外形图2-2进而建立需补充的变形协调方程。2.2障碍物对铲刀的反力及计算位置的选择推耙机的主要工作性质（推，耙）有别于推土机的工作性质（切土，推），故障碍物对铲刀的反力总是平行于推耙机行驶方向，设定为行驶在地平面，即，记为，的最大值取决于推耙机的牵引性能。根据SB11履带式推耙机型式试验报告提供：推耙装置性能测定推耙铲最大耙力为90860N，最大推力为98970N，则（大小），（大小），与方向相反，未考虑动载因素。推耙铲刀有三种基本的工作角度状态：角度状态一（图2-3），角度状态二（图2-4），角度状态三（图2-5）角度状态一图2-3角度状态二图2-4角度状态三图2-5下面我们对铲刀不同的工作角度状态及进行组合，从而选择计算位置。计算位置角度状态示意图一二三正载均布偏载L点（刀角）正载均布偏载L点（刀角）一√√二√√三√√四√√五√√六√√七√√八√√九√√十√√十一√√十二√√2.3H形架受力分析第一计算位置因本结构的几何形状和支承情况以及各件截面和材料性质均对平面对称，且正载均布在铲刀上对平面正对称，故将整体超静定结构（图2-2）简化为图2-6（将点约束解除代之以、图2-6）。尺寸参数：OB=3070mm，OD=405mm，OC=2400mmAD=2740mm，AL=1115mm，，，（平行AL），OG=2938mm。取整体为研究对象，均布力简化为合力，受力如图2-7，整体结构对称及受载正对称，得图2-7由静力平衡方程得：（仅在本式中有效），则取H形架为研究对象，，OG=1918mm，，将点约束解除代之以，受力如图2-8，整体结构对称及受载正对称，得图2-8由静力平衡方程得：（仅在本式中有效）（2-1）（2-2）（2-3）联立式（2-1）、（2-2）、（2-3）解得：则：第二计算位置对于此线性变形结构的超静定问题，我们采用力法结合Pro/Mechanica进行计算。对于第二、四、六、八、十、十二计算位置，我们均采取下列步骤进行分析：取整体结构为研究对象，Pro/Mechanica建立整体结构模型；Pro/Mechanica中解除点约束，施加外力（），进行静力分析计算，得点位移；Pro/Mechanica中解除点约束，在点施加方向单位力，进行静力分析计算，得点位移；根据叠加原理，点位移（为沿方向），解得；同理，对点进行2、3、4步，解得。、将直接作用于整体结构模型，进行整体结构的静力分析计算，从中取出H形架的静力分析结果。下面我们针对第二计算位置求解其：Pro/Mechanica整体模型建立（如图2-9），单位：Length（），Mass（），Time（）Force（），材料选择Steel，弹性模量1.99948e+11（注：建立模型坐标系的Y与图2-2Y方向相反）。2．点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加力，整体施加重力。静力计算得（见附页图5-1、5-2）：3．点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加方向单位力。图2-9静力计算得（见附页图5-3、5-4）：4．沿方向：得：则求解其：1．点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加力，整体施加重力。静力计算得（见附页图5-5、5-6）：2．点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加方向单位力。因假定与方向是相同的，故单位力产生的、静力计算得（见附页图5-3、5-4）：3．沿方向：得：则第三计算位置结构对称、正对称，故将整体超静定结构（图2-2）简化为图2-10（将点约束解除代之以、），结构尺寸参数同第一计算位置。解法同第一计算位置，得H架受力：，，，第四计算位置图2-101．点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加力，整体施加重力。静力计算得（见附页图5-7、5-8）：点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加方向单位力。静力计算得（见附页图5-3、5-4）：沿方向：得：则2．点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加力，整体施加重力。静力计算得（见附页图5-9、5-10）：点X、Y、Z三向铰约束，点X、Y向铰约束，点施加方向单位力。因假定与方向是相同的，故单位力产生的、静力计算得（见附页图5-3、5-4）：沿方向：得：则其余计算位置下面我们给出角度状态二和角度状态三的模型几何参数（如图2-11、图2-12），以及建立Pro/Mechanica模型（如图2-13、图2-14），重复角度状态一的计算过程解出角度状态二和角度状态三中各计算位置的受力，结果见表2-1、表2-2。1．角度状态二尺寸参数：OB=3070mm，OD=2238mm，BD=876mm，OC=2400mm，AD=3268mm，AL=1115mm，，，，OG=2970mm，图2-11与垂直。 （与方向相反）与X轴夹角、长900mm。2．角度状态三尺寸参数：OB=3070mm，OD=582mm，OC=2397mm，AD=2328mm，AL=1115mm，，，，OG=2900mm，与垂直。图2-12 （与方向相反）与X轴夹角、长900mm。图2-13图2-142.4H形架外载荷计算结果第一、三、五、七、九、十一计算位置受力：第一计算位置单位（N）第三计算位置单位（N）第五计算位置单位（N）第七计算位置单位（N）第九计算位置单位（N）第十一计算位置单位（N）440393327742887321254181737080220201663921444160632090918540462234934501337251584574218291626820966157052026017965-79944103007-94430111371-5948778521-14319-10705-16705-7777-13535-1290074283-105293102766-12130030467-5716537142-5264751383-6065015234-2858336845-5222651331-6059015082-28297-47006660-23122729-21283993表2-1第二、四、六、八、十、十二计算位置受力（计算结果见附页图）：第二计算位置单位（N）第四计算位置单位（N）第六计算位置单位（N）第八计算位置单位（N）第十计算位置单位（N）第十二计算位置单位（N）22340159572020617262168482269046893349424136234156559821842156001975516877163262198729793723473738085840531413625781615579942074775029133680472037236814430439表2-23SB11型推耙机H形架有限元分析Pro/Mechanica模型的建立，采用山推模板，单位：Length（），Mass（），Time（）Force（），材料选择Steel，弹性模量1.99948e+11，泊松比0.27。（注：建立模型坐标系的Y与图2-2Y方向相反）故单位换算：。点X、Y、Z三向铰约束，输入表2-1、表2-2所受外力，建立静力分析，各计算位置的运行结果见附页图。1．对比十二个计算位置的VonMises应力云图，H行架最恶劣的工况为第八计算位置，危险部位达到130Mpa（见附页图5-40），未超过我国的许用应力170Mpa（此处用钢Q345）。我国钢材的质量通常的屈服极限为350Mpa（国外为400Mpa），国内常规的钢材料结构安全系数为2，国外由于其技术、计算水平的原因，安全系数往往取为1～1.5。2．H行架在点变形量最大，第八