移栽机支承部件受力分析及有限元仿真

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Force Analysis and Finite Element Simulation on Supporting Part of Transplanting M achineCHANG Anmin，I IU Jianxiong，ZHA0 Mingjun，IA Jun(School of Mechanical and Electrical Engineering。Kunming University of Science and technology，Kunming 650500，China)Abstract：Transplanting machine solved the state of a lot of work-consuming and time-consuming through artificialplanting.The simplified mechanics model and the force analysis on supporting part consist of the main girder and the wheelreducer boxes of transplanting machine were completed.The stress nephogram and the displacement nephogram of the maingirder and the wheel reducer box were achieved through the finite element simulation.The conclusion that the stress and de-formation level of the main girder and the wheel reducer box are within safe range was received，and the improvement pro-posals were presented.Firstly，under the safe strength condition，the wall thickness of the main girder may be appropriatelyincreased to lighten the weight of machine，which causes the machine movement to be more flexibility.Secondly，the rein-forcement plate could be increased in the wheel reducer boxes to enhance its strength，which improves the security of themachine.These proposals provided reference for designing and producing the transplanting machines with better perform-an ce。

Key words：transplanting machine，main girder，wheel reducer boxes，stress nephogram，displacement nephogram我国作为全球第-农业大 国，目前绝大部分农作物种植普遍 由人工 完成 ，费工费 时，种植 质量不高，效率很低 ，无法 匹配大面积的农作物种植 ，人工种植农作物已成为我国农业生产 的-个瓶颈问题。

移栽机代替人工种植农作物 ，不仅可 以保证种植质量 ，而且极大地提高了生产效率 ，可以很好地解决农业生产的瓶颈约束 。

本文对国内某 品牌移栽机支承部件的主梁和轮边减速器箱体进行 了受力分析 ，并通过有 限元软件仿真 ，得到了移栽机支承部件 的主梁 和轮边减速器箱体的应力云图和位移云图，分析了最大应力发生的部位和最大变形处 的位移值 ，得 出了主梁和轮边减速器箱体应力水平在安全范围之内，最大变形处的位移微乎其微，符合设计要求和安全生产需要等情况 ，并提出改进建议 ，为移栽机的设计和生产提供参考 。

1 移栽机支承部件受力分析如图 1所示 ，当机器静止在地面上时 ，主梁通过连接从动轮和主动轮组成了移栽机 的支承部件 ，并共同承担整个机器的质量。当机器转弯时，需使用最小 的力 以主动轮点 B为支点压动机器 ，从动轮支承力 F 为 0，仅 由主动轮产生 的支承力 F。来平衡机身质量 G和 F。。此外 ，当转 弯时，整个机器还受到地面摩擦力对其施加的转矩 ，此时整个机器工况最差 ，支承部件 的主梁和轮边减速器箱体受力最大，而主梁和轮边减速器箱体又是整个机器的关键支承部件 ；因此，主梁和轮边减速器箱体是否满足设计要求关系到整机能否安全运行[1 ]。

由图 1可知，整个机器左右对称，左转弯和右转弯时机器各个部件受力均相同。本文仅对机器左转弯时支承部件主梁和轮边减速器的受力进行分析 ，以整机为研究对象 ，力平衡方程和矩平衡方程如下 ：《新技术新工艺》数字技术与机械工程 I 21新技术新工艺 2013年 第 3期图 1 移栽机结构简 图f 2F。-G- F - 0 (1) 2- F3 Z3- 0整个机器由软件按照实物进行 了造型和装配 ，整机质量 m、机身质量 G及其质心位置点 C和力臂Z。和 Z。均 由软件测出 ，见表 1。

表 1 参数表由式 1可得 ：Fz-786·5叭N (2)F3- 373.002 N1.1 主梁受力分析当移栽机左转弯时，支承部件的主梁力学模型如图 2所示 ，图 1所示的主动轮支点 B在 图 2中分别由左主动轮 B 点和右主动轮 B。点表示 ，图 2中各力产生的力臂的大宣表 2。

表 2 主梁受 力各 力的力臂圈 2 左转 弯时主梁力学模型图 2所示各作用力 、G、F 、-厂 、-厂 对主梁 H、、.厂、K 4个端面产生的弯矩大衅算如下：MF3y- F3 Z6-494.974 N ·my-GZ7- 137.400 N ·mM r2x- F2l5- 277.242 N ·mMF2y- F2 Z4- 184.828 N ·m-/ 1--/ - g-1 065 NM -f1 Z8-504.810 N ·mM 亿-fl Z5-375.413 N ·m式 中， 为橡胶轮胎与路面的动摩擦因数 ， ：0.71；M刚 是力 F。绕图 2所示 y轴对主梁 H 面所产生的弯矩 ，同理可得 出 MGy、MF2x、MF2y、MjY、M，Z的意义。各弯矩方向规定如下 ：从图 2所示坐标系中 X、y、Z轴正向看去 ，各力产生的弯矩绕坐标轴逆时针方 向旋转为正，顺时针方向旋转为负。

主梁受力 分析 如 图 3所示 ，图 3中 M M 、MI、M 为图 2中各作用力 F。、G、F：、 、-厂2对主梁H、j、J、K 4端面作用的合成力矩 。

图 3 主梁受力分 析1.2 轮边减速器箱体受力分析图 4所示为移栽机左转弯时左、右轮边减速器箱体的力学模型 ，图 4中各作用力 F3、G、F 、，l、厂《新技术新工艺》数字技术与机械工程数字技术 机械工程图 4 轮边减速器箱体力学模型的力臂 口l、a2、a3、a4、a 5、n6见表 3。

表 3 轮边减速器箱体 受力各力力臂图4中 F。、G、F。、厂。、 各作用力对左轮边减速器箱体左右端面产生弯矩的大衅算如下：M 3x- F3a3- 132.975 N ·mM 3y-F3n4-550.551 N ·mM -Ga5：427.800 N ·mMGy-Ga6- 137.400 N ·mM2x- F2a2：91.234 N ·mMjy-f2al-306.188 N ·mMrz-f2a2-123.540 N ·m式中，M3x、M。y、M 、MGy、M2x、Mn，、Mjz的意义和方向规定与 1.1主梁受力分析中 M 相同。

图 5所示为 、G、F 、-厂 对左轮边减速器箱体受力分析 ，M 为作用力 F。和 G对左轮边减速器右端面产生的合力矩 ，ML为作用力 F 和 -厂2对左 轮边减速器左端面产生的合力矩。

图 5 左轮边减速器箱体受力分析图 6所示为 、G、F。、厂 对右轮边减速器箱体受力分析，作用力 厂 与图 5中 -厂2大小相等、方向相反，作用力 F。、G、F。与图 5中 F。、G、F。相同。ML为作用力F。和 G对右轮边减速器左端面产生的合力矩，M尺为作用力 F。和 对右轮边减速器箱体右端面产生的合力矩。

图 6 右轮边减速 器箱 体受力分析2 有限元软件仿真由于支承部件的主梁和左、右轮边减速器箱体结构较为复杂 ，本文通过三维软件建模 ，然后导入有限元分析软件 中。根据实际情况 ，主梁材料选用软件材料库中的 Aluminum Aloy，而轮边减速器箱体材料选用软件材料库中的 Structural Steel[4 ]。

由于模型形状 比较复杂 ，主梁和左 、右轮边减速器箱体采用 自动划分网格，网格单元尺寸为 5mm。

主梁网格数量为 53 757个 ，节点数 目为 86 242，轮边减速器网格数量 26 857个，节点数 目为53 6526。]。

主梁和左 、右轮边减速器箱体按 图 3～ 图 6所示受力情况进行约束和加载。其仿真结果分别如图7～图 12所示 J。

图 7 主 粱 应 力 云 图由图 7可以得 出，主梁所承受的最大应力值为68.068 MPa，远小于铝合金材料的屈服强度；由图8可以得出 ，主梁最大变形处位 移 只有 0.008 533 1mm，变形情况微乎其微 。

由图 9可 以得出，左轮边减速器箱体所受最大应力值为 124.89 MPa，小于钢的屈服强度 ，由图 1O可以得出，左轮边减速器箱体最大变形处的位移仅为 0.318 09 mm。

《新技术新工艺》数字技术与机械工程数字技术 机械工程基于 ANSYS的电动汽车动力 电池温度场 的研 究钱舜田，谢伟东(浙江工业大学 车辆工程研 究所，浙江 杭 州 310014)摘 要：针对电动汽车动力电池在各种 工况下的温升以及 电池成组后 温度场分布问题 ，应用有限元软件 Ansys，对电池 0.3 C、1 C放 电至截止电压时的温升进行热仿真分析 ；对成组 电池 0.3 C放 电至截止电压进行了温度场仿真；对电池单体，分析了在电池上添加散热肋片时电池的温升♂果显示：随着电池放 电倍率的上升 ，电池的温升越高，电池 内外的温度不均 匀性越 大；电池成组后放 电时会产生热量聚集现象，使位 于中间位置的电池温度进-步上升 ；散 热肋片能使 电池最高温度 下降 2℃左右 ，但 由于电池 包中电池间隙太小导致其增加散热效果不明显。

关键词：动力电池；温升 ；温度场 ；ANSYS中图分类号 ：TP 3H 文献标志码 ：AResearch on the Thermal Behavior of EVs Power Battery based on ANSYSQIAN Shuntian，XIE W eidong(Vehicle Engineering Institute，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China)Abstract：Aiming at the exotherm and temperature distribution after battery bag of EVs battery under various workingconditions，an analysis of thermal simulation of battery during 0.3C and 1C discharge rate and the temperature distributionof battery bag during 0.3C discharge rate was simulated in Ansys software.The paper also did a research on the thermal be-havior of battery when there were fins on the batterys shel1.The results showed that the temperature and temperature uni-formity of battery were higher and there was heat aggregation phenomenon in the bag when discharging which lead the bat-terys temperature in the middle of the bag became higher.The fins can make the maximum temperature of the battery drop2C，but the radiating effect was not obvious because the gaps between batteries were too smal in the bag。

Key words：power battery，exotherm，thermal behavior，ANSYS作为电动汽车(特别是纯电动汽车)的动力源，动力电池的性能与寿命对整车的性能有着巨大的影响。

由于车上的安装空间有限，电池在工作时产生的热量不能很好地散发 出去 ，容易造成 电池的温度过高。而热量的积累正是造成电池出现故障及安全事故的最重要的原因。通过仿真分析 ，更进-步 了解 电池和电池组工作 时的热特性 以及温度场分布 ，对以后动力 电池包的设计以及电池包 中散热系统的选择有-定的指导作用。

1 动力电池热特性仿真1.1 动力电池的生热率计算研究对象为众泰某款 电动车用锂电池与其组成的电池包 ，该 电池包由 45节电池组成 。电池单体的尺寸以及材料参数见表 1和表 2。

写 ! 坊 ； 写 石 ； 写 石 ； ；Es]浦广益.ANSYS Workbench 12基刺程与实例详解[M].北京：中国水利水电出版社 ，2010。

[63邓莉，刘剑雄，刘俊秀，等.叉式丝束升降机的研发及有限元分析I-J].机械与电子，201I(11)：39-42。

[7]刘阳，刘剑雄，邓莉 ，等.巷道式存鳃主梁的有限元分析口].起 重运输机械 ，2012(1)：25-28。

[8]刘斌，战丽.新型烟草移栽机栽植与轴承部件的设计及分析[J].农机使用与维修，2012(2)：23-24。

作者简介 ：常安 民(1986-)，男 ，主要 从事 机 械设 计理 论 与计算机仿真等方面的研究。

收稿 日期 ：2012年 1O月 18日责任编辑 吕菁《新技术新工艺》数宇技术与机械工程