设施大棚履带式电动拖拉机底盘车架优化设计

摘要

履带式拖拉机底盘车架是拖拉机的承载机构，不仅支撑了拖拉机的全部重量，而且履带式拖拉机工作条件恶劣，车架受力情况也最为复杂，因此拖拉机底盘车架必须具有足够的刚度和强度。但是目前，农机产品的设计还停留在传统模式，设计阶段缺少相应的刚度、强度和可靠性的评估。因此本文结合江苏省科技支撑项目，运用先进的计算机辅助设计技术对履带式电动拖拉机底盘车架进行强度分析及结构优化设计。
　　本文首先对履带式拖拉机行驶过程中的受力情况进行了介绍，并对履带式拖拉机静止状态、耕作状态和单边转向过程中履带与地面、履带与车架、以及悬挂的农机具和其他部件与车架之间的受力情况给出了数值计算公式，并根据本履带式电动拖拉机相关参数进行了算例分析。
　　其次，根据此履带式电动拖拉机实物，利用Pro/E软件建立了整车的三维几何模型及准确的车架模型。随后利用HyperMesh软件完成了对几何模型的结构简化、网格划分以及材料属性定义等前处理工作。定义了履带式拖拉机5种常用工况，并针对各工况特性对有限元模型进行约束与载荷的加载。
　　最后，运用OptiStruct软件对有限元模型进行求解计算，针对车架强度分析结果及车架轻量化的要求，对车架结构进行多工况下拓扑优化及尺寸优化。通过车架优化设计，不仅降低了5种工况下车架最大应力值，而且取得了良好的轻量化效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 本领域内的研究现状

1．2．1 底盘车架有限元分析研究现状

1．2．2 履带-地面特性研究现状

1．3 本课题研究对象简介

1．4 论文的主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 履带式拖拉机主要行驶工况受力分析

2．1 履带式拖拉机静止与行驶工况受力分析

2．1．1 静止工况下履带-地面受力分析

2．1．2 行驶工况下履带-驱动轮受力分析

2．2 履带式拖拉机耕作工况受力分析

2．2．1 拖拉机悬挂装置

2．2．2 土壤对农具的作用力

2．2．3 悬挂机构与犁的受力分析

2．3 履带式拖拉机单边转向受力分析

2．3．1 转向阻力系数

2．3．2 履带车辆单边转向受力分析

2．4 履带式电动拖拉机算例

2．4．1 耕作工况算例

2．4．2 单边转向工况算例

2．5 本章小结

第三章 履带式拖拉机底盘车架有限元模型的建立

3．1 履带式拖拉机车架有限元模型建模基本原则

3．2 几何模型的建立

3．2．1 整车三维几何模型的建立

3．2．2 底盘车架CAD模型的建立

3．3 有限元模型的建立

3．3．1 单元类型

3．3．2 材料属性及单位制

3．3．3 履带式拖拉机有限元模型

3．3．4 有限元网格质量控制

3．4 本章小结

第四章 履带式拖拉机底盘车架强度分析

4．1 履带式拖拉机各工况应力应变分析

4．1．1 静止工况下的应力应变分析

4．1．2 耕种工况下的应力应变分析

4．1．3 单边转向工况下的应力应变分析

4．1．4 扭转工况下的应力应变分析

4．1．5 弯曲工况下的应力应变分析

4．2 车架强度综合评价

4．3 本章小结

第五章 履带式拖拉机底盘车架优化设计

5．1 履带式拖拉机底盘车架拓扑优化分析

5．1．1 拓扑优化基本方法

5．2 履带式底盘车架多工况拓扑优化

5．2．1 拓扑优化数学模型

5．2．2 多工况拓扑优化模型

5．3 履带式底盘车架拓扑优化

5．3．1 构造拓扑优化区域

5．3．2 建立拓扑优化函数方程

5．4 优化结果分析

5．4．1 优化位置B的设计方案

5．4．2 优化后底盘车架强度分析结果

5．5 多工况下底盘车架尺寸优化

5．6 底盘车架尺寸优化后结果

5．7 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文