4SY-1.8型油菜割晒机机架的有限元模态分析与优化

摘要

油菜采用传统的人工收获其劳动强度大、生产成本高、效率低，实际生产中因油菜成熟度不一致而导致联合收获损失率大、收获期短等造成的收获成本高，制约了联合收获技术推广应用。研究适用于我国油菜种植模式且工作性能稳定的油菜割晒机是当务之急。4SY-1.8型割晒机机架是机组作业和承受载荷的基体，割晒机工作时，降低割晒机机架振幅是有效降低油菜炸荚落粒损失的重要途径之一，机架设计的优劣对割晒机整机操纵的舒适性、工作可靠性和稳定性起决定性作用。
　　论文在系统比较分析国内外油菜割晒机及农业机械领域有限元研究现状的基础上，改进设计了一种工作性能稳定的4SY-1.8型自走式油菜割晒机机架;分析了各部件激振力频率范围和幅值大小;构建了4SY-1.8型油菜割晒机机架三维模型，并基于有限元模态分析，确定割晒机机架的固有频率和振型特征;采用锤击法验证了割晒机机架模型简化的合理性，提出了控制振幅的策略。同时应用RBF神经网络拟合各测试点平均振动位移峰峰值F与割刀驱动轴扭矩J、模态分析第一阶总变形值B和割刀驱动轴转速n的函数关系;同时开展了改进型油菜割晒机机架的田间试验。
　　本文所开展的研究工作如下:
　　(1)依据自行研制的4SY-1.8型油菜割晒机的基本结构，分析了影响割晒机作业过程中振幅的激振力特性。分析了4SY-1.8型油菜割晒机的工作原理，确定了各关键部件的结构和运行参数对于激振力的影响规律，重点分析了各部件的激振力频率范围和激振力大小变化特征;通过构建割台三维模型和基于Pro/E的运动学分析，得出了割刀驱动系统各个测试点的加速度变化及其共性规律。
　　(2)开展了割晒机机架有限元模态分析。提出了安装横向和纵向两种加强筋的方法以减少机架振动的措施，应用有限元模态仿真分析确定了割晒机机架的固有频率和振型特征;并分析了安装横向与纵向加强筋对最大变形值和固有频率的影响规律。
　　(3)验证了机架模态分析的合理性并提出振幅控制策略。应用锤击法得出所测机架固有频率与仿真分析结果基本一致。安装横向与纵向加强筋后，机架第一阶固有频率从9.761 Hz分别提升到10.779 Hz和10.447 Hz，避开割刀往复运动的惯性激振力的频率8.217 Hz。同时，机架振动位移测试结果表明安装横向加强筋较安装纵向加强筋，其机架测试点振动位移峰峰值平均降低16.09％。
　　(4)开展了4SY-1.8型油菜割晒机机架振动特性研究。通过测量切割器液压驱动系统的压力和流量，分析了割刀驱动轴扭矩J、割刀驱动轴消耗功率W的变化规律;应用RBF神经网络拟合各测试点平均振动位移峰峰值F与割刀驱动轴扭矩J、模态分析第一阶总变形值B和割刀驱动轴转速n的函数关系，得出了各层神经元权值，并检验了模型的正确性。
　　(5)分析了改进型油菜割晒机机架测试点功率谱特性，研究了功率谱特性共性和差异性规律。针对改进型割晒机机架，开展了田间工作稳定性试验。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 基于有限元法的农业机械分析类型及功用

1．3．2 国内基于有限元法的农业机械设计研究现状

1．3．3 国外基于有限元分析的农业机械研究现状

1．4 研究目标与内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

第二章 4SY-1．8型油菜割晒机参数与激振力特性分析

2．1 4SY-1．8型油菜割晒机结构和运行参数分析

2．1．1 割刀驱动系统运行参数分析

2．1．2 拨禾轮运行参数分析

2．1．3 拨禾轮和割刀结构参数分析

2．1．4 输送铺放装置参数分析

2．1．5 横向输送总成和纵向输送总成运行参数分析

2．2 切割和拨禾系统运动学仿真分析

2．3 本章小结

第三章 机架结构及其有限元模态分析

3．1 机架结构和主要性能参数

3．2 模态分析理论基础

3．3 有限元网格划分

3．4 施加约束和载荷

3．5 模态仿真结果分析

3．6 本章小结

第四章 4SY-1．8型油菜割晒机机架振幅控制策略

4．1 验证模态仿真结果的正确性

4．2 模态仿真结果分析

4．3 机架振动位移峰峰值测试

4．4 机架振动位移测试数据分析

4．5 本章小结与讨论

第五章 4SY-1．8型油菜割晒机机架振动特性研究

5．1 切割器驱动系统功耗测试必要性

5．2 切割器液压驱动系统功耗测定与分析

5．3 割晒机机架振型分析

5．3．1 构建割晒机机架模态分析模型

5．3．2 提取机架位移云图的总变形值

5．4 机架振动特性预测分析

5．4．1 机架振动位移峰峰值测试变化趋势分析

5．4．2 构建振幅影响要素的因子分析模型

5．4．3 基于RBF神经网络预测模型构建

5．5 本章小结与讨论

第六章 改进型机架功率谱特性分析和田间试验

6．1 4SY-1．8型油菜割晒机机架功率谱特性测试试验

6．2 改进型割晒机田间试验效果分析

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 研究结论

7．2 展望

参考文献

附录

致谢

附：攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利