链式开沟机刀具的设计及有限元分析.pdf

第4期(总第203期
杋械工程与自动化
2017年8月
MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMAION
文章编号:1672-6413(2017)04-0079-0
链式开沟机刀具的设计及有限元分析
郭艳坤,胡志勇,李金龙
内蒙古工业大学机械学院,内蒙古呼和浩特010051)
摘要:对链式开沟机开沟刀切削阻力进行计算,并建立开沟刀的三维模型,考虑几何结构、材料、载荷和约
末等因素,运用 ANSYS Workbench对开沟刀进行有限元分析,获得开沟刀的三维应カ、变形分布图。根据
分析结渠提出加强开沟刀结构的设计方案,以延长刀具的使用寿命。
关键词:链式开沟机;开刀;设计:有服元分析
中图分类号:TP391
文献标识码:
0引言
三维模型如图1所示
随着国家基础建设工稈量的増加,工程机械的应
川也越来越广泛,这为工程机械的发展和创新创造了
坏境。特别是城地下管道、光缆等铺设项目增川,开
沟的施工.作业也不断増多,故急需一种高效、环保节能
的开沟设备1。链式开沟机在开沟工程中得到大范围
的使川,开沟力是开沟机的一个重要部件,开沟的性
能好环直接影啊开沟机的作业性能。木文运用
ANSYS Workbench软件对链式开沟机的链进行结
构静力学分析,并优化设计方案,以延长开沟刀的使用
寿命、提高开沟机的整体机能2
开沟刀切削阻力计算
1.1开沟机作业参数设定
图1开沟刀三维模型
开沟机的作业参数如下:开沟作业宽度为45cm,3开沟刀静力学分析
开沟作业深度为80cm,行走速度为2m/min~4m
设定材料特性
min,链条前进速度为100cm/s~1000cm/s,输出轴
开沟刀采用的材料为Q235B,其材料特性为:弹
转速为1000r/min,链刀的切削厚度为4mm,刀片的
性模量E=2.06×10°MPa,泊松比x=0.3,密度Q=
横向切削厚度为6mm2
7.85g/cm2,屈服极限。、=235MPa,强度极限
1.2切削土壤的阻カ计算
o=375MPa,许川应力
116 MP
切削土壤的阻力F(N由下式计算:
2边界条件及载荷
F=9.8Lh13(1+0.01b)(1~90
以螺栓孔处为定条件,在开沟月切削土壤的面
180
上施加载荷か=0.923MPa。
其中:Io为坚实度计冲山值,取I=11:h为切削厚
网格划刘分
度,取ん=4mm;b为ノ片厚度,取b=6mm;g为丿
图2为开沟刀的有限元网格模型,共得到34512个
具切削角,取g=12°;e为考虑刀片刃角r的系数,
单元和153187个节点。所刘分的网格越精细,则求解
般情况下取e=0.81。
的速度越慢、求解的吋间越长,但得到的结果越准确
将相关数值代入公式(1)中,计算得总阻力F
4求解及分析
340.81N。
开沟机在正常开沟作业时,开沟刀的应力、变形分
开沟刀三维模型建立
布公图分別如图3、图4所示。
在运川三维软件 Solidworks建立开沟刀的三维
由图3和图4可以看出:刀具変形量最大的位置
模型肘先对其进行了简化,去掉结构中对计算结果影在刀具的刃部,最大变形为5.644×10-"m,在允许的
响不大的圆角、螺纹孔等
变形范围内;刀具所受应力最大的位置是其端部,最大
取开沟刀的厚度为6mm,开沟的高度为应力为22.12MPa,所受力在材料的许用应力范
150mm,丿片圆弧半径为40mm,最后建立的开沟
围内。分析结果充分说明了刀具作业时是安全的
收稿日期:2017-01-04:修日期:2017-05-05
作者简介:努墩9)?另?内家市赤峰人?在读倾上研究生?研究方向:计算机辅助设计在装合制造业巾的应用。
机械工程与自动化
2017年第4期
4结论
(3)利用 ANSYS Workbench对开沟刀进行结构
(1)链式沟机是高效的师沟设备,在我国农业静力学分析,得到了开沟刀应力和变形云图,说明了此
工程、通讯工程等方面具有广泛的应用、在进行リ具设丌沟月结构在此工况下满足强度和刚度要求,在作业
计时,应保证丿的合理性及可靠性。
时是安?的
(4)开沟川的刃部謄损较为严重,使开沟川工作性
能过?失效,在其臍损部位的表面雌焊耐磨材料,可以
提高开沟刀的耐磨性能,进而提高开沟刀的使用寿命
A: Static Structral
Total Defo
e: Total Deformation
2016/12/2119:45
6445e-6Ma
5,01T48-6
5433
0.0400.080/m
6087e-6
1.8815e-6
0.0200.060
图2开沟刀网格模型
6,2717e-7
A: Static Structral
Equi valent Stress
图4开沟刀变形云图
ype: Equi valent(von-mises)Stress
Unit: P:
参考文献
Time: 1
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图3开沟刀应力云图
的链式开沟机设计LJ.拖拉机与农用运输车,2006,33
(2)对开沟机开沟刀的设计要合理,通过对开沟
(6):52-53
刀进行有限元分析得知开沟刀力部受到磨损最大,刀
5』柴立发,刘俊峰.链式开沟机忍拄装置的有限元分析
貝的端部受到的应力最大
中国农机化学报,2016(1):33-3
Design and Finite Element Analysis of Chain Ditcher Cutter
GUO Yan-kun, HU Zhi-yong, Lijin-long
(College of Mechanical Fngineering, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China)
Abstract. h
nc cutting resistance of the chain trencher cutter is calculated, and the 3D model of ditching cutter is set up. By use o
ANSYS Workbench, the three dimensional stress and deformation distribution maps of the cutter are got. Base