拖拉机前端加载程序在农场使用的设备的重要组成部分。目前,中小企业的一个重要数量参与制造的设备。这些企业严重依赖经验的创新设计,在绝大多数情况下,他们无法获得足够的新前端加载器的优化设计方法。研究开发了一种方法来设计拖拉机前端装载机,在桶装载过程中获得准确的设计。的方法包括两个阶段:第一阶段涉及数值分析的前端装载机的结构行为组件通过有限元方法;第二阶段,实验阶段,利用低成本的传感器,特别是应变仪,分析现有的菌株在前端装载机结构在指定点。实验结果通过低成本传感器安装在前端装载机允许在点测量,分析现有的菌株以及验证所开发的数值模型。这种方法验证了通过应用商业前端装载机,更具体地说,公司的430型e2 Maquinaria阿格里科拉El莱昂。(西班牙)。
拖拉机前端装载机常用的日常任务进行农业控股有限公司(
虽然一些研究处理拖拉机加载器(
技术专家指出,大多数损害发生前端装载机的结构安装在拖拉机源于滥用设备在日常工作的开展。更具体地说,大多数的缺陷检测塑料耐菌株甚至焊接接头的断裂结构,发生由于滥用这些设备在桶的装载演习。最常见的实例的超速是滥用拖拉机斗加载过程中或使用桶拆掉墙壁或树木连根拔起。两个实例得出相同的结果:有一个时间点,当桶无法前进时,拖拉机继续这样做。这一事实导致了抗变形的前端装载机的结构,导致塑料品种,甚至一些焊接接头的断裂。
因此,很明显,需要一种方法来开发前端装载机的设计安装在拖拉机斗加载过程。这种方法必须允许获取选中的点应力应变前端装载机的结构。获得的结果应该通过低成本的传感器,特别是应变仪。使用这些类型的传感器普遍存在的技术组件的结构分析一般金属结构(
本研究的主要目的是开发和验证方法的前端设计和开发农业拖拉机、装载机企业可以利用,没有资源应用昂贵的设计方法。为了实现这个项目的综合目标,两个技术目标需要达到:一个实验测试阶段的定义和数值分析阶段。实验测试阶段旨在获取,通过低成本的传感器、应变仪更具体地说,在前端装载机结构产生的应变和应力在桶装载过程中,大多数损伤发生的地方。同样,数值分析阶段的目的是获取全面的结构行为前端装载机斗加载过程中安装在一辆拖拉机。
方法由两个阶段。在第一阶段(实验),低成本sensors-more特别是应变计用来测量应变和应力在指定点的前端装载机结构。在第二阶段(数值分析),前端装载机的结构行为组件是通过有限元分析。
方法已验证通过其应用程序开发商业前端装载机,更具体地说,430年的e2模型Maquinaria阿格里科拉厄尔利公司(西班牙)。技术规范已经获得其商业手册(
在实验和数值分析阶段使用的方法描述如下。
在实验测试中,前端装载机430 e2是安装在FENDT 718不同的拖拉机,如图
前端装载机430 e2安装在FENDT 718不同的拖拉机。
一旦前端装载机是耦合的,11个低成本传感器安装,更具体地说9单向应变仪和2圆花饰。玫瑰是一个与多个应变仪传感器在一个共同的载体。在这项研究中使用的花结是由三个应变仪(
应变仪的位置。
| 应变仪 | 位置 |
|---|---|
| 1 | 玫瑰安装到左边前纵梁为液压缸紧固螺栓 |
| 2 | 单向应变仪放置在前面左纵梁,面积接近横梁的差距 |
| 3 | 单向应变仪连接到正确的纵向梁,在对称位置应变仪2 |
| 4 | 单向应变仪位于上部折左纵梁 |
| 5 | 单向应变仪放置在顶部的平行四边形梁左纵梁 |
| 6 | 单向应变仪放置在顶部的平行四边形梁的纵向梁,在对称位置应变计5 |
| 7 | 单向应变仪位于较低的区域的外表面前端装载机的支持 |
| 8 | 玫瑰被接近的支持区域前端装载机在夹紧支柱 |
| 9 | 单向应变计安装在夹紧支柱的正面,在相同的高度,夹紧支柱是附加到拖拉机底盘 |
| 10 | 单向应变仪放在后面的夹紧支柱 |
| 11 | 单向应变仪放置到外表面前端装载机的支持,接近装载机的锁定机制 |
表1:玫瑰放在左纵梁。
应变仪8和10个放在左夹紧支柱。
应变仪信号记录由应变计测量系统(StrainBook / 616,测量计算,诺顿,妈,美国)。该设备允许同时测量24通道。测量系统是连接到一个笔记本电脑配备数据采集软件(Waveview 7.15,测量计算)。
在这个阶段,两种类型的测试被定义。第一个涉及静载荷试验,而第二个是一个动态的负载测试。这些测试的设施进行了初榨de la橄榄体合作,在Ejea de los卡(西班牙),而合作持开放态度。实验测试进行了拖拉机发动机运行安全原因。这一事实意味着存在前端装载机的振动通过拖拉机发动机。
数据的采集频率用于记录在测试1 Hz的静态负荷情况和50 Hz动态负载测试。
紧张和压力的情况下获得320公斤放在装载机铲斗的质量。目的,8袋化肥、质量的40公斤,是位于装载机斗。他们是桶表面均匀分布。一旦质量到位,前端装载机的位置是保持至少60年代,以获得一个稳定的压力和紧张的记录。在测试进行中,加载过程的时间是88秒,保持位置的时间是86秒。
前端装载机的铲斗基地放置水平,从地面5厘米高。图
定位袋的前端装载机和分布的静态负载测试。
动态负载测试旨在分析前端装载机的结构组件的行为在加载过程中。通常的加载过程,这种类型的设备包括将桶放置在水平位置在地上,拖拉机驱动前进。在这个过程中,桶安装在前端装载机推到堆材料负载,一般谷物,肥料或土壤。桶是随后出现上升,从而结束了桶装载过程。图
化肥在前端装载机负载。
定义测试,定义一个具有真实负载的动态文章的可能性被排除,因其可重复性低,考虑到高可变性材料的密度(粮食、化肥和土壤)相关的环境条件。相反,一个动态实验测试显示高重复性的设计。因此,整体形成的拖拉机,前端装载机将推动对混凝土加载湾。要执行此操作,前端装载机被放置在地上,桶放置在水平位置。接触加载湾乐团由拖拉机和前端装载机发生在前端装载机铲斗的前面部分。图
动态负载测试。
动态测试的执行允许获得了应力应变在前端装载机加载过程中对于任何材料,具有高重复性不管环境条件,得到的临界点拖拉机没有任何进一步的行动。
在研究期间,前端装载机是模仿。(图的数值模型
前端装载机430 e2的数值模型。
数值分析中使用的材料的所有组件的前端装载机斗,夹紧支柱钢S355-JR。另一方面,线性弹性钢应用液压缸和螺栓。使用的钢的力学性能如表所示
钢的力学性能在数值模型中使用。
| 材料 | 密度(公斤/米3) | 杨氏模量(MPa) | 泊松比 | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 延伸率(%) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 钢S355 | 7800年 | 210000年 | 0.3 | 355年 | 470年 | 17 |
| 钢 | 7800年 | 210000年 | 0.3 |
类似于实验阶段,两个负载病例定义的数值分析。第一个是一个静态负荷情况,而第二个是一个动态的负载情况。测试都是在下面详细描述。
静态负荷情况旨在分析综合前端装载机的结构行为的刚度和强度,当已知负载应用。数值分析软件进行了通过有限元分析6.14 - 2,标准制定的分析静态负荷情况。
进行数值分析,合奏bucket-front装载机与桶定位基础水平从地面5厘米高。
负载应用对应于一个下行垂直力为3136 N,均匀地分布在桶的底部在数值模型中。这是蓝色,如图所示
地区负载(蓝色)和边界条件(红色)是应用于静态负荷情况。
至于中定义的边界条件数值分析、位移限制在孔的连接螺栓夹紧支柱的拖拉机。这些区域位移限制的数值分析红色如图所示
动态负荷情况,旨在分析前端装载机的结构行为的加载过程中刚度和强度。数值分析已通过商业软件进行有限元分析6.14 - 2,与显式动态负荷情况的分析。
在数值模型中,装载铲斗集一直放在较低的位置,与桶的底部在水平位置。
这个负载情况下,向前位移的拖拉机,而不是被选中。更具体地说,负荷情况下分析由1秒的50 mm向前移动。向前运动的定义考虑技术专家提供的信息生产的拖拉机前加载器。向前移动应用在附件的孔螺栓夹紧支柱的拖拉机。夹紧支柱传达位移的拖拉机底盘前端装载机在现实生活中。向前移动的区域应用红色如图所示
地区负荷(红色)和边界条件(蓝色)应用于动态负荷情况。
施加边界条件限制位移在拖拉机的前进方向额线桶基础的节点。这些节点蓝色,如图所示
进行静载荷试验的加载过程的时间是88秒,维持负载的时间是86秒。静载荷试验得到的结果如图
结果从单向应变仪静态负载测试。
从静载荷试验结果花结。
平均值和标准偏差的记录数据9低成本传感器在测试期间如表所示
平均值和标准偏差值静态负载测试。
| 仪表 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 (MPa) | 2 ( |
3 ( |
4 ( |
5 ( |
7 ( |
8 (MPa) | 10 ( |
11 ( |
|
| 的意思是 | 11.7 | 1 | 6 | 29日 | 18 | 6 | 7.3 | 88年 | -25年 |
| 标准偏差 | 1.4 | 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 0.4 | 1 | 1 |
获得的结果提供的证据表明,前端装载机的负载级别很低,与平均应力值花结1和8的11.7和7.3 MPa,分别和最大应变值的意思
标准差从仪表2和3显示高值的意思。然而,两个因素必须考虑在分析这些结果。第一个担忧这些仪表的位置。指标2和3是放置在装载机的过剩,拖拉机发动机所产生的振动在操作的影响更大。其次,由这些指标平均值记录(
另一方面,仪表放置的结果更稳定地区的前端装载机结构(表10放置在夹紧支柱或计放置在左边支持11日)有一个较小的标准差与均值。此外,这些地区受到更大的努力产生的加载放在装载机斗。
结果9个单向应变仪和两个花结数据所示
结果从单向应变仪动态负载测试。
从花结动态负载测试结果。
第一秒55 - 57之间的动态负载测试进行,可以看到数据
在分析结果的动态负载测试1和2,可以观察到在测试执行有着明显的差别。获得应力应变的变化显示了不同的前端装载机的结构行为在两个测试。这种装载机结构的变化行为导致塑料菌株产生的一些组件加载程序执行期间第一个测试。
获得的最大应变和应力值在第一次实验动态负荷情况列于表
从第一个最大应变和应力值动态负载测试。
| 仪表 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | |
| 应变( |
- - - - - - | 734年 | 647年 | 1369年 | 121年 | 41 | - - - - - - | 770年 | 31日 |
| •冯•米塞斯应力(MPa) | 100.9 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 26.4 | - - - - - - | - - - - - - |
整个分析结果在定性层面(前端装载机的不同行为在第一次和第二次测试)和定量水平(主要来自应变仪记录的应变值2,3,4,和10)证明了需要分析整个前端装载机的结构行为。获得的结果似乎表明,塑料压力很可能产生一些结构组件的前端装载机动态负载测试执行期间第一。
图
•冯•米塞斯应力分析(MPa)的静态负荷情况。
获得的垂直位移的最大值为9.99 mm的前沿桶,如图
垂直位移(mm)的静态负荷情况的分析。
获得的结果允许确认前端装载机的设计分析显示没有刚度和强度问题静态负荷情况。
此外,表
应变和应力值的数值分析静态负荷情况。
| 仪表 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | |
| 应变( |
- - - - - - | 8 | 9 | 36 | 19 | 7 | - - - - - - | 79年 | -26年 |
| •冯•米塞斯应力(MPa) | 12.1 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 7.6 | - - - - - - | - - - - - - |
图
•冯•米塞斯应力(MPa)动态负荷情况。
位移结果如图
垂直位移(mm)的动态负荷情况。
表
应变和应力值动态负载情况下的数值分析。
| 仪表 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | |
| 应变( |
- - - - - - | 726年 | 711年 | 1374年 | 129年 | -100年 | - - - - - - | 631年 | -163年 |
| •冯•米塞斯应力(MPa) | 90.5 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 28.3 | - - - - - - | - - - - - - |
在这种性质的研究,数值和实验结果之间的相关性是至关重要的。一方面,数值和实验结果之间的相关性可以验证数值模型研究中使用。在这项研究中,这个验证允许知道前端装载机的结构行为分析。另一方面,验证数值模型允许验证的印象从实验结果记录创建通过应变仪的整个前端装载机的结构行为分析。
表
数值和实验结果的相关性从静态负荷情况。
| 结果 | 仪表 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | ||
| 测试 |
|
- - - - - - | 1 | 6 | 29日 | 18 | 6 | - - - - - - | 88年 | -25年 |
| MPa | 11.7 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 7.3 | - - - - - - | - - - - - - | |
|
|
||||||||||
| 数值分析 |
|
- - - - - - | 8 | 9 | 36 | 19 | 7 | - - - - - - | 79年 | -26年 |
| MPa | 12.1 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 7.6 | - - - - - - | - - - - - - | |
|
|
||||||||||
| 错误 | % | -3.42 | -700年 | -50年 | -24.14 | -5.56 | -16.67 | -4.11 | 10.23 | -4.00 |
错误从应变仪获得的1、5、8、11是不到10%,被视为容许级从有限元结果的相关性。另一方面,错误的价值观从应变仪2和3分别为-700%和-50%。压力值应变仪记录的2和3的实验测试
获得的结果允许认为有很好的数值和实验结果之间的相关性研究的前端装载机430 e2。好相关的结果允许验证前端装载机的数值模型,以及定义的静态负荷情况的研究在开发方法论的前端装载机的设计。
表
相关动载荷情况下的数值和实验结果。
| 结果 | 仪表 | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | ||
| 测试 |
|
- - - - - - | 734年 | 647年 | 1369年 | 121年 | -104年 | - - - - - - | 609年 | -178年 |
| MPa | 93.4 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 26.4 | - - - - - - | - - - - - - | |
|
|
||||||||||
| 数值分析 |
|
- - - - - - | 726年 | 711年 | 1374年 | 129年 | -100年 | - - - - - - | 631年 | -163年 |
| MPa | 90.5 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 28.3 | - - - - - - | - - - - - - | |
|
|
||||||||||
| 错误 | % | 3.10 | 1.09 | -9.89 | -0.37 | -6.61 | 3.85 | -7.2 | -3.61 | 8.43 |
与静载荷情况下,大规模应用(320公斤)是已知的,对动载荷情况下,拖拉机施加的力和位移是已知的。因此,为了进行相关的结果,有必要找到一个时间,实验结果与数值分析的结果对动态负荷情况。
实验结果见表
本研究显示的步骤实现发展的一个方法可以改善当前的技术设计和开发的农业拖拉机前端装载机。特别是,这种方法分析了策略产生损害的大多数情况下前端装载机,即。,桶装载。
发达的方法包括两个阶段:一个实验,另涉及数值分析。实验阶段,利用低成本的传感器,更具体地说9应变仪,使获得的应变和应力产生在特定点前端装载机结构。另一方面,数值分析阶段允许研究整个前端装载机的结构行为通过基于有限元法的数值技术。
在方法论的发展,两个负载情况下,定义了一个静态和动态,。静态案例研究允许获取产生的应变和应力在前端装载机知道质量是放置到桶里。第二个载荷情况下,动态的情况下,允许分析前端装载机的结构行为在桶装载过程。为了确保研究的重复性,实验测试中定义,桶的前部与前端装载机推到一个具体的进料台拖拉机前进。这个测试的数值分析是定义在一个类似的方式,将拖拉机的前进运动限制在5厘米。
实验结果通过九个应变仪和数值分析的结果从静态负荷情况显示高度相关。数值结果和实验结果之间的差异低于
另一方面,实验结果和数值结果的动态负荷情况显示高度相关。具体,错误的结果通过数值分析与实验结果相比,10%以下的九个点测量分析。实验结果的间隔0.06秒。这个高相关性的结果允许验证前端装载机的数值模型,以及定义的动态负荷情况的研究在方法论的发展前端装载机的设计。
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者表达自己的感谢合作“初榨de la奥利瓦,Ejea de los卡”与本研究他们的援助。这项研究是由VEHIVIAL研究集团公司(萨拉戈萨)大学和Maquinaria阿格里科拉El莱昂(西班牙)。