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某公司研發(fā)了一款新型棉花打頂機，并對其進行了現(xiàn)場測試。該型棉花打頂機結(jié)構(gòu)簡單，切割刀具輕松。其動力由拖拉機直接輸出，由于機架較大且為半懸掛式，其受力較復(fù)雜。因此，為了解機架的應(yīng)力狀態(tài)，對作業(yè)中的機架和工作部件進行了動應(yīng)力測試。

機架、工作部件的動應(yīng)力測試

試驗?zāi)康?/span>

本次試驗主要為了檢測打頂機機架及工作部件在各種工況下的動應(yīng)力情況，為機架的改進設(shè)計提供必要依據(jù)。

試驗儀器

儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHDY動態(tài)應(yīng)變儀，配備相關(guān)應(yīng)用軟件，筆記本一臺，應(yīng)變花。

試驗方案

在試驗過程中，拖拉機以2種速度進行：快二和慢二檔。

首先，對機架模型進行有限元分析計算，靜力學分析可以生成零件和裝配體的應(yīng)力云圖和位移云圖，由此可找出機架上需要進行動應(yīng)力測試的幾個較危險部位。分析得出，上、下懸掛點附近及后梁中點受力*大，為較危險部位。

根據(jù)數(shù)值分析計算結(jié)果，選取機架上懸掛點、下懸掛點、后梁中點為測點進行測試。

應(yīng)力測試結(jié)果及分析

數(shù)據(jù)整理

在對不同檔位下工作的打頂機機架及工作部件上的不同測點進行應(yīng)力測試，獲得4組試驗數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)均有超過50000條記錄。在此，僅以機組速度為快二檔時上懸掛點及工作部件處的測試數(shù)據(jù)為例加以說明。

正常工作時，工作部件測點應(yīng)力值在-21.6~29.8MPa之間，其平均壓應(yīng)力為5.66MPa，平均拉應(yīng)力為3.92MPa，而上懸掛測點的應(yīng)力值在-66.2~21.6MPa之間。用統(tǒng)計方法得出兩測點應(yīng)力值的分布曲線如圖1、2所示。

由曲線圖可看出：工作部件測點的應(yīng)力曲線呈近似正態(tài)分布，95.26%的應(yīng)力值集中在-16.2~11.6MPa之間，其中*高頻次的應(yīng)力值大約在3MPa處；上懸掛點處97.60%的應(yīng)力值集中在-45.8~5.8MPa之間，其中*高頻次應(yīng)力值出現(xiàn)在大約-9.8MPa處。但是，當打頂機經(jīng)過田間溝坎的時候，工作部件就像一個懸臂梁結(jié)構(gòu)，其*大應(yīng)力值可達73.6MPa。

測試結(jié)果分析

用相同的方法可求得下懸掛點與后梁中點兩測點在工作下的應(yīng)力狀態(tài)。可以看出：上懸掛測點主要承受的載荷是壓力，而下懸掛點和后梁中測點主要承受拉力。

工作部件的應(yīng)力95.26%的值集中在-16.2~11.6MPa之間，上懸掛點處97.60%的應(yīng)力值集中在-45.8~5.8MPa之間，應(yīng)力*對值較低；若材料的許用應(yīng)力[σ]取為160MPa，而機架及工作部件工作中的*大應(yīng)力σ_max為128MPa，小于[σ]，故系統(tǒng)較為安全。

疲勞壽命分析

由于主軸在工作過程中的實際受力σ_mx=13.8MPa和τ_max=9MPa都遠遠小于疲勞極限σ_-1=140.4MPa和τ_-1=104MPa，所以該工作部件可以承受無限多次循環(huán)而*不破壞。

結(jié)論

打頂機機架及工作部件在各種工況下的動應(yīng)力測試結(jié)果表明系統(tǒng)安全，而疲勞校核的結(jié)果為疲勞安全系數(shù)等于5，已經(jīng)有足夠的強度完成無限多次的使用。綜上所述，為了節(jié)約材料，使得打頂機輕巧，可以進一步對車架及主軸進行改進設(shè)計。