平貝母等級(jí)篩分機(jī)機(jī)架的有限元分析*

宋 江，邱勝藍(lán)

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319）

平貝母等級(jí)篩分機(jī)機(jī)架的有限元分析*

宋 江，邱勝藍(lán)

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319）

機(jī)架是平貝母等級(jí)篩分機(jī)的主要承載部件，容易發(fā)生斷裂，因此，在力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，建立平貝等級(jí)篩分機(jī)的實(shí)體模型，對機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，校核其強(qiáng)度并找到最易斷裂點(diǎn)。

平貝母；等級(jí)篩分機(jī)；機(jī)架；有限元

平貝母（Fritillaria ussuriensis Maxim）也稱平貝、北貝、貝母，是藥用貝母類藥材的一種[1]。平貝母的藥用部位主要是地下鱗莖，其藥效成分主要為生物堿。平貝母的醫(yī)療作用主要為清熱潤肺、止咳化痰，主治肺熱咳嗽、痰喘、胃潰瘍．癰瘡等癥，功效與川貝母類同。目前除中醫(yī)方劑用藥外，多制成川貝精散、川貝精片等制劑，暢銷國內(nèi)外，深受群眾歡迎。因此多種貝母，種好貝母是醫(yī)療保健事業(yè)的需要，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要[2-5]。

平貝母等級(jí)分級(jí)是平貝母收獲的關(guān)鍵部分。等級(jí)分級(jí)的目的是對其藥材商品進(jìn)行分級(jí)以便于銷售，同時(shí)也是對繁殖材料進(jìn)行分級(jí)以便于規(guī)范生產(chǎn)[6-7]。而機(jī)架是平貝等級(jí)篩分機(jī)的主要承載部件，工作時(shí)不僅要承受平貝母等級(jí)篩分機(jī)各部件質(zhì)量，而且還要承受各方面的負(fù)荷，機(jī)架在保證平貝等級(jí)篩分機(jī)使用壽命和可靠性方面起著重要作用[8]。本研究采用有限元分析的方法對機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，校核其強(qiáng)度并找到最易斷裂點(diǎn)。

1 平貝母等級(jí)篩分機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)

機(jī)架是平貝母等級(jí)篩分機(jī)的主要承載部件，機(jī)架結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，以降低整機(jī)重量和成本。該機(jī)架主要由側(cè)板固定架、擺桿支座固定架、行走輪固定架、柴油機(jī)固定架、離合手柄支架、輸送鏈軸承座固定架、支架固定架、拉手固定架、張緊輪固定架、輸入軸軸承座固定架、喂入機(jī)構(gòu)固定架組成，材料為40 mm×40 mm的三角鋼，如圖1所示。

2 機(jī)架有限元建模及網(wǎng)格劃分

為讓機(jī)架有限元分析結(jié)果更為準(zhǔn)確，對其模型進(jìn)行如下簡化：將各焊接件求和看作一個(gè)整體；機(jī)架上各安裝孔均忽略；機(jī)架所選材料屬性為各向同性，密度均勻分布。

材料碳素鋼、楊氏模量200 000 000 m·N/mm2(kPa)、泊松比0.25、質(zhì)量密度7 782 kg/m3。

通過網(wǎng)格化分，機(jī)架模型共分為420 061個(gè)節(jié)點(diǎn)、200 331個(gè)單元，如圖2所示。

圖1 機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 機(jī)架有限元模型

3 約束處理及載荷施加

綜合考慮平貝等級(jí)篩分機(jī)的實(shí)際工況，作業(yè)時(shí)機(jī)架既要承受自重、載重，還要承受負(fù)載。根據(jù)靜力等效原則可將每個(gè)單元所受的載荷加在其相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上，并根據(jù)實(shí)際情況在受約束的節(jié)點(diǎn)處設(shè)置其約束條件：將機(jī)架自重、傳動(dòng)裝置、傳送裝置、上層分離裝置、下層分離裝置等的質(zhì)量以及各部分所承受物料的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為機(jī)架相應(yīng)的作用力，按照均布載荷施加于各相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。其約束及載荷如圖3所示。

圖3 機(jī)架有限元模型約束及加載圖

4 求解及分析

加好約束及載荷后，求解器選擇NX NAS?TRAN，分析類型選擇結(jié)構(gòu)，解算方案類型選擇SOL 101 Linear Statics-Global Constraints，進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算，計(jì)算完成后進(jìn)行后處理，生成位移和應(yīng)力云圖，如圖4、5所示。

由圖4可知，機(jī)架受力后架的輸送部分安裝位置處變形較明顯，變形值為0.478 mm，機(jī)架安裝車輪的位置變形也較明顯，變形值為0.304 mm，其余部分變形量小，工作安全系數(shù)較高。

由圖5可知，最大應(yīng)力位于機(jī)架前部輸送裝置安裝處，其值為10.58 MPa，遠(yuǎn)小于碳素鋼許用應(yīng)力226 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)論

圖4 機(jī)架位移云圖

選用UG軟件建立平貝等級(jí)篩分機(jī)機(jī)架的實(shí)體模型，并利用其有限元功能模塊對機(jī)架進(jìn)行有限元分析，確定該機(jī)架完全滿足承載要求，并得出最大應(yīng)力為10.58 MPa，位于機(jī)架前部輸送裝置安裝處，為機(jī)架的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。

The Finite Element Analysis of Fritillaria Ussuriensis Grade Screen Vessel Frame

SONG Jiang，QIU Sheng-lan
（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing163319，China）

The frame was the main bearing member of fritillaria ussuriensis grade screen vessel，and easy to break.In the paper，based on the dynamics analysis，the entity model of fritillaria ussuriensis grade screen vessel was established，the static structure of the frame was analyzed，the strength was checked and the most easy breaking point was found.

fritillariae ussuriensis；grade screen vessel；frame；finite element

S226.5

A

1009－9492(2014)08－0068－02

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.019

*黑龍江省教育廳農(nóng)機(jī)化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（編號(hào)：2013005）

2014－07－11