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原木抓具箱型抓爪的强度分析

发布于:2016-02-28 16:14
强度分析

      液压低位原木抓具是液压起重臂的取物装置,它经常承受超载和冲击。目前低位原木抓具多采用单板或工字型抓爪,长期使用后常出现较大的塑性变形和金属裂纹,严重影响抓具的正常作业。为此需要改用箱型抓爪,提高了抓爪的抗弯和抗扭能力,同时用有限元分析方法进行了强度分析和样机实测验证及改进设计,该抓具样机某厂制造,经运转和测试,证明抓具抓取性能良好。
      液压低位原木抓具(以下简称抓具)的闭合运动是由水平设置的闭合油缸为动力,通过左右抓爪,同步杆和抓具头部组成的四杆机构将动力传递到抓爪端部,抓具抓取原木时在爪端的反作用力就是抓爪的外载荷。按照抓具的工况条件和工作位置的改变,外载荷也随之变化,通常抓具正常抓取原木时,由抓具闭合所产生的外载荷较小,只有当抓爪被卡住,并闭合油缸达到最大推力时,才产生抓爪最大外载荷,因而抓具的计算工况有下列四种。见图抱木正载工况,原木位于抓腔内爪端与抓具头部或另一爪根之间,油缸推力达到最大,爪端的反作用力为其内腔曲线的法线方向,(2)卡木正载工况(工况),左右抓爪的端部夹在原木直径的平面上,油缸推力达到最大,爪端的反作用力为水平方向,(3)抱木偏载工况(工况),抓具在1工况受力最大位置。(4)卡木偏载工况(N工况),抓具在1工况受力最大位置,抓爪是一个空间刚架结构,根据其载荷对称,结构基本对称的特点,故可按平面问题处理,其计算模型见图,计算载荷在第一工况时,F为91.4 ,Fx为-5292 ,在第二工况时,F为1954.1,Fy为-1055.2(单位:N)。
      将抓爪结构离散化时作以下处理:(1)将两侧腹板合并成一块平面板,并离散成三角形单元,其厚度随腹板而定。(2)上,下盖板,腹板间加强筋离散成杆单元,其截面随盖板或加强筋的截面而变化。杆单元设在两相邻节点之间,它与三角形单元的一个边重合,三角形单元与杆单元用节点联系在一起,它们的节点位移是协调的。这种混合单元的计算模型比较符合箱型结构的实际受力情况,今采用位移法以矩阵形式列出三角形单元和杆单元的节点力与节点位移之间的关系式,如式。式中: {R}为三角形单元节点力列阵,{b}为三角形单元节点位移列阵,k为三角形单元的刚度矩阵,Rg为杆单元节点力列阵,为杆单元节点位移列阵,Ckg为杆单元的刚度矩阵。在每个节点的x轴与Y轴方面建立节点力与节点荷载的平衡方程式,将这些方程式集合起来。式中:Agr为杆单元的截面积。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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