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玉米聯(lián)合收割機底盤機架是割臺、發(fā)動機、駕駛室、還田機、糧箱等各總成的安裝基礎(chǔ)。作為這些總成的安裝基體，車架承受這些總成的質(zhì)量及其傳給車架的各種力和力矩，是玉米收割機的關(guān)鍵承載部件。底盤機架主要由槽鋼、鋼板和少量矩形鋼焊接而成，其所承受的載荷十分復(fù)雜，概括起來主要包括縱向彎曲、扭轉(zhuǎn)、橫向彎曲、水平菱形扭轉(zhuǎn)以及它們的組合。
機架的剛度和強度對整機安全使用及性能的影響很大，在設(shè)計和使用時對玉米收割機架的要求是：1)具有足夠的強度，保證在使用期限內(nèi)車架的主要零部件不因受力而破壞，2)具有足夠的抗彎剛度，如機架的最大彎曲撓度應(yīng)小于10mm，以免車架上的總成因變形過大而發(fā)生早期損壞，3)機架要有合適的扭轉(zhuǎn)剛度，希望車架兩端的扭轉(zhuǎn)剛度大些，而中間一段小些，4)車架要輕，一般其自身質(zhì)量應(yīng)在整車整備質(zhì)量的10%以內(nèi)，故對其進行強度設(shè)計、強度校核、固有特性分析非常重要。要達到以上要求，需要對玉米收割機機架進行精細化的設(shè)計。玉米聯(lián)合收割機底盤機架三維模型如圖所示。
機架的有限元分析計算模型以往多采用梁單元進行離散化，但采用梁單元不能得到詳細車架應(yīng)力分布結(jié)果，尤其不能得到車架局部如橫梁與縱梁連接處的應(yīng)力狀況，而連接處的應(yīng)力水平較高且變化劇烈，因此采用板殼單元建立車架模型。關(guān)于有限元建模，按照以下思路進行：1)對機架剛度影響較大的部分，如駕駛室、割臺、還田機、發(fā)動機支架、剝皮機架與機架連接的主梁，進行詳細建模，對不與機架直接連接的部分用Beam梁單元連接模擬部件自身剛度，用質(zhì)量塊單元模擬部件自身質(zhì)量。2)由于均由飯金件構(gòu)成，因此采用的單元類型為Quad4及少量Tria3板殼單元(Shell單元)。3)焊接相連接的零部件按一個零部件創(chuàng)建。4)兩板搭接焊重疊處用兩板材料厚度之和進行簡化。5)結(jié)構(gòu)上鉚釘和墊片處采用Beam梁單元和Rbe2剛體單元來模擬。6)部分焊點用Rbe2剛體單元來模擬。7)銷軸連接處用自由度禍合(Coupled Dof)來模擬。8)機架有限元網(wǎng)格大小按照20mm進行劃分。本模型共有結(jié)點數(shù)62943個，單元數(shù)61897個。
機架剛度直接影響車架的承載功能。機架整體剛度低，將使機架的整體承載能力降低。機架的局部剛度低，將使車身局部變形增加，機架的局部安裝等功能喪失。機架剛度低，直接影響機架的疲勞強度，使機架的可靠性降低，局部的失效和整體的失效都將大大降低機架的整體使用性能，使收割機的整體性能指標(biāo)降低。
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