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YTT-1000型喷杆喷雾机是在原农夫车的基础上改装而成的,主要用于果园喷雾和农场植保。针对厂家反映的样机机架质量过重问题,本文利用有限元方法对机架进行轻量化设计。
随着计算机技术及有限元理论的发展,CAE技术已经被于航空、汽车、铁路等行业所采用,并取得了不错的反响。利用先进的有限元软件对车架进行结构分析,并综合仿真分析和实验结果对其进行轻量化设计,已成为车辆开发的重要环节。本文将利用有限元技术与分析方法,对喷杆喷雾机机架的静、动态特性及结构优化方面进行分析。
本文首先使用Pro/E三维软件建立了YTT-1000型喷杆喷雾机的三维几何模型,利用有限元网格划分软件HyperMesh建立了机架的有限元模型。使用Radioss求解器分析了水平弯曲、极限扭转、紧急制动、紧急转弯四种典型工况,得到了机架关键部位的应力分布和应变,验证了机架的结构强度。其次,为了验证所建立机架有限元模型的准确性,本文对机架进行了自由模态仿真和模态试验。结果表明,建立的模型误差较小符合工程精度要求,可以进行后续分析。
在分析机架满足静强度和模态分析的基础上,对车架的振动原因进行了分析,从外部激励角度分析了机架的振动问题。为了研究发动机激励引起的机架响应及其振动特性,利用Ansys对机架进行了谐响应分析。针对发动机激励引起的机架共振问题,提出了减振方案。通过谐响应分析,对比了安装橡胶减振垫前后机架关键部位的应变。加装橡胶减振垫后,座椅处节点30114处的Y向最大位移减小了47.6%。在25Hz、52Hz及60Hz处的位移响应都有不同程度的降低;Z方30Hz、70Hz处的尖峰基本消失,整体位移响应大大减小,喷杆喷雾机的乘坐舒适性得到提高.
本文综合有限元分析结果和优化设计理论,使用Optistruct结构优化软件对机架进行了轻量化设计。通过尺寸优化设计,喷杆喷雾机机架的质量由原先的116kg减少为69.1kg,其质量降低了40.4%,实现了轻量化的目标。最后,本文还对机架进行了结构改进,并对改进后的机架进行了应力应变分析,验证了改进结果的合理性。分析结果表明,改进后的机架结构依然满足设计要求,在保证安全性的同时也实现了机架结构轻量化的目的。