4LZ-4.6型全喂入收割机割台框架疲劳研究

摘要

全喂入联合收割机是一种常用的稻麦收获机械，工作环境恶劣，工作条件中存在的不稳定因素较多，并且稻麦收获受到季节限制，对收割机连续作业能力要求高。近年来收割机跨地区作业需求增加，收获任务加大，收割机的疲劳可靠性成为关注的重点。工作过程中收割机割台框架受到的路面随机激励、发动机激励和割刀以及拨禾轮等工作载荷等影响，常常导致割台框架发生疲劳破坏，影响正常的收获工作，因此有必要对割台框架疲劳寿命进行分析研究，提高割台框架的疲劳强度。
　　本文的研究对象为4LZ-4.6型全喂入收割机割台框架，该框架是在原有机型上改进而来，其疲劳可靠性未知。本文采用试验测试与有限元仿真相结合的方法对其进行了疲劳可靠性的研究，并针对研究结果提出了一种提高割台框架疲劳强度的方案。主要研究内容如下：
　　1）利用Pro/E对割台框架进行了三维建模，并对模型做了简化。利用ANSYS Workbench软件对其进行网格划分得到割台框架有限元模型，并对割台框架做了静力学分析和模态分析，发现静态下割台框架最大应力为99.26MPa，位于拨禾轮油缸座附近。自由模态前四阶非零固有频率为[43.16,61.89,101.12,112.75]Hz，前四阶振型中割台框架前横梁跟上横梁振动明显。
　　2）利用ECON模态测试仪对割台框架自由模态进行了测试试验，获取了前四阶模态为[41.25,56.95,105.03,114.49]Hz，分析得到有限元计算模态频率与试验模态频率最大误差为8.8％，测试结果在有限元分析误差允许范围内，验证了有限元模型的可靠性。
　　3）分析指出割台框架危险区域，建立了一套NI动应变信号采集系统，采集保存了实际工作过程中危险区域在不同工况下的载荷信号。利用最小二乘法消除了原始信号的漂移趋势项，应用统计门槛法对信号奇异值做了检测与剔除，将应变转变为应力-时间历程，用雨流技术法对应力信号进行统计处理，得到载荷信号的雨流统计直方图。
　　4）利用疲劳分析软件nCode designlife绘制了割台材料的S-N曲线，并基于各测点雨流统计结果结合疲劳线性累计损伤Miner法则对割台框架做了疲劳寿命分析，得到危险区域的损伤直方图，割台框架疲劳寿命最终预估结果为2545h左右，低于收获机械一般疲劳寿命水平，针对疲劳强度薄弱部位后壁上横梁采用局部加厚4mm的处理方式，经计算改进后疲劳寿命为2.196×104h左右，疲劳强度符合要求。
　　本文对割台框架疲劳研究内容为提高收割机割台强度提供了参考依据。

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第一章 绪论

1.1选题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 4LZ-4.6型收割机割台框架有限元静力学分析与模态分析

2.1割台框架有限元模型的建立

2.2 割台框架静力学分析

2.3 割台框架有限元模态分析

2.4 割台框架模态测试试验

2.5 本章小结

第三章 割台测点动态应变测试试验

3.1 试验的基本原理

3.2 试验测试系统

3.3 割台框架动应变测试试验方案

3.4 测试试验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 测点载荷信号处理与载荷谱的编制

4.1 消除漂移趋势项

4.2 异常峰值的检测与消除

4.3 应变花主应力的换算

4.4 测点数据应力统计分析

4.5 本章小结

第五章 割台框架疲劳寿命预估

5.1 疲劳分析论述

5.2 疲劳寿命的预估

5.3 改进方案

5.4 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

攻读学位期间的科研成果