某公司研發(fā)了一款新型棉花打頂機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。該型棉花打頂機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，切割刀具輕松。其動(dòng)力由拖拉機(jī)直接輸出，由于機(jī)架較大且為半懸掛式，其受力較復(fù)雜。因此，為了解機(jī)架的應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)作業(yè)中的機(jī)架和工作部件進(jìn)行了動(dòng)應(yīng)力測(cè)試。
機(jī)架、工作部件的動(dòng)應(yīng)力測(cè)試
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本次試驗(yàn)主要為了檢測(cè)打頂機(jī)機(jī)架及工作部件在各種工況下的動(dòng)應(yīng)力情況，為機(jī)架的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供必要依據(jù)。
試驗(yàn)儀器
儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHDY動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，配備相關(guān)應(yīng)用軟件，筆記本一臺(tái)，應(yīng)變花。
試驗(yàn)方案
在試驗(yàn)過程中，拖拉機(jī)以2種速度進(jìn)行：快二和慢二檔。
首先，對(duì)機(jī)架模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算，靜力學(xué)分析可以生成零件和裝配體的應(yīng)力云圖和位移云圖，由此可找出機(jī)架上需要進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力測(cè)試的幾個(gè)較危險(xiǎn)部位。分析得出，上、下懸掛點(diǎn)附近及后梁中點(diǎn)受力最大，為較危險(xiǎn)部位。
根據(jù)數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果，選取機(jī)架上懸掛點(diǎn)、下懸掛點(diǎn)、后梁中點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。
應(yīng)力測(cè)試結(jié)果及分析
數(shù)據(jù)整理
在對(duì)不同檔位下工作的打頂機(jī)機(jī)架及工作部件上的不同測(cè)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，獲得4組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)均有超過50000條記錄。在此，僅以機(jī)組速度為快二檔時(shí)上懸掛點(diǎn)及工作部件處的測(cè)試數(shù)據(jù)為例加以說明。
正常工作時(shí)，工作部件測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值在-21.6~29.8MPa之間，其平均壓應(yīng)力為5.66MPa，平均拉應(yīng)力為3.92MPa，而上懸掛測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值在-66.2~21.6MPa之間。用統(tǒng)計(jì)方法得出兩測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值的分布曲線如圖1、2所示。
由曲線圖可看出：工作部件測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力曲線呈近似正態(tài)分布，95.26%的應(yīng)力值集中在-16.2~11.6MPa之間，其中最高頻次的應(yīng)力值大約在3MPa處；上懸掛點(diǎn)處97.60%的應(yīng)力值集中在-45.8~5.8MPa之間，其中最高頻次應(yīng)力值出現(xiàn)在大約-9.8MPa處。但是，當(dāng)打頂機(jī)經(jīng)過田間溝坎的時(shí)候，工作部件就像一個(gè)懸臂梁結(jié)構(gòu)，其最大應(yīng)力值可達(dá)73.6MPa。
測(cè)試結(jié)果分析
用相同的方法可求得下懸掛點(diǎn)與后梁中點(diǎn)兩測(cè)點(diǎn)在工作下的應(yīng)力狀態(tài)?？梢钥闯觯荷蠎覓鞙y(cè)點(diǎn)主要承受的載荷是壓力，而下懸掛點(diǎn)和后梁中測(cè)點(diǎn)主要承受拉力。
工作部件的應(yīng)力95.26%的值集中在-16.2~11.6MPa之間，上懸掛點(diǎn)處97.60%的應(yīng)力值集中在-45.8~5.8MPa之間，應(yīng)力絕對(duì)值較低；若材料的許用應(yīng)力[σ]取為160MPa，而機(jī)架及工作部件工作中的最大應(yīng)力σmax為128MPa，小于[σ]，故系統(tǒng)較為安全。
疲勞壽命分析
由于主軸在工作過程中的實(shí)際受力σmx=13.8MPa和τmax=9MPa都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于疲勞極限σ-1=140.4MPa和τ-1=104MPa，所以該工作部件可以承受無限多次循環(huán)而永不破壞。
結(jié)論
打頂機(jī)機(jī)架及工作部件在各種工況下的動(dòng)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明系統(tǒng)安全，而疲勞校核的結(jié)果為疲勞安全系數(shù)等于5，已經(jīng)有足夠的強(qiáng)度完成無限多次的使用。綜上所述，為了節(jié)約材料，使得打頂機(jī)輕巧，可以進(jìn)一步對(duì)車架及主軸進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
