联合收获机割台机架结构参数优化

为降低联合收获机正常工作时的共振,该文利用UG软件对沃得锐龙型稻麦联合收获机割台机架进行建模,求解出割台机架的模态频率和振型,并对割台机架进行模态试验验证及理论分析;在通过分析外部激振频率特点的基础上,使割台机架固有频率避开外部激振频率范围,并对机架进行结构优化与试验。试验结果表明:将割台机架横梁、弯梁厚度减少0.2 mm,底板、侧板厚度减少0.4 mm时,割台机架质量降低了14.02%,前4阶模态频率均避开了联合收获机各激励频率范围;将割台传动轴平衡配重块质量增加254.90 g,使得割台传动轴轴承座处沿联合收获机前进方向、上下方向位移振动幅值分别降低了25.70%和12.70%,并有效避免了割台共振的产生。该文的研究结果为降低联合收获机割台振动提供了设计依据。     

Finite element mode analysis and experiment ofcombine harvester chassis

针对联合收获机正常工作时的振动与噪音问题,为减少共振的发生,利用三维软件UG对沃得巨龙280型稻麦联合收获机底盘机架进行了参数化建模,采用NX Nastran模块求解出了底盘机架的模态频率和振型,并对底盘机架进行了模态试验,验证了理论分析的准确性。在分析了外部激振频率特点的基础上,为使底盘机架的固有频率避开外部激振频率范围,对机架进行了结构优化。结果表明：在底盘机架质量增加3.77%的条件下,机架的前4阶模态频率分别调整到21.70、36.61、43.64和46.33 Hz,均避开了脱粒滚筒激振频率范围15～18.3 Hz和发动机的激振频率范围38.3～41.7 Hz,可以有效避免共振的产生。该研究为联合收获机底盘结构的设计与优化提供了参考。     

联合收获机底盘机架有限元模态分析与试验

针对联合收获机正常工作时的振动与噪音问题,为减少共振的发生,利用三维软件UG对沃得巨龙280型稻麦联合收获机底盘机架进行了参数化建模,采用NX Nastran模块求解出了底盘机架的模态频率和振型,并对底盘机架进行了模态试验,验证了理论分析的准确性。在分析了外部激振频率特点的基础上,为使底盘机架的固有频率避开外部激振频率范围,对机架进行了结构优化。结果表明:在底盘机架质量增加3.77%的条件下,机架的前4阶模态频率分别调整到21.70、36.61、43.64和46.33Hz,均避开了脱粒滚筒激振频率范围15～18.3Hz和发动机的激振频率范围38.3～41.7Hz,可以有效避免共振的产生。该研究为联合收获机底盘结构的设计与优化提供了参考。     

秸秆还田残膜回收一体机振动特性分析与结构优化

该研究针对棉花秸秆还田残膜回收一体机振动剧烈、可靠性差等问题开展机具振动特性分析与结构优化。以接近激励源的部位确定机具主要振动测点，安装传感器与连接振动测试仪，获取空转和工作条件下机具振动信息，采用ANSYS Workbench中的Lanczos Method算法仿真求解机架模态频率和振型，建立机具振动力学模型，通过振动测试仪数据验证仿真模型的准确性，并提出机具结构优化方案。结果表明，仿真结果与实测振动数据有效值的相对误差为9.6%，秸秆粉碎装置与脱膜装置是造成整机振动剧烈的主要部件，田间收获工况下整机振动强度高于空载工况；实测振动频率36.13 Hz接近机架前两阶固有频率且处于外部激励频率范围内。采用正交试验对机架结构进行优化，得到最佳参数组合为侧板厚度12.0 mm，主连接梁管壁厚6 mm，副支撑梁宽度70 mm。优化后机架前两阶固有频率分别提升至50.700和53.322 Hz，避开了外部激励频率，振动测试结果表明，空载工况下，相比优化前主连接梁振动幅值降低48%，侧板振动幅值降低35%，田间收获工况下相比优化前脱膜装置轴承支座振动幅值降低47%。研究结果可为秸秆还田残膜回收联合作业机的振动特性分析与结构优化提供参考。     

倾斜输送式油菜割晒机铺放质量分析与试验

针对油菜切割输送铺放过程中分枝牵扯和架空导致侧向输送难、割幅内铺放空间小、铺放难的问题,该研究根据油菜倾斜输送原理,设计了倾斜输送式侧铺放油菜割晒机。结合茎秆顺畅迁移的几何条件和运动学条件分析了油菜茎秆切割输送铺放过程,确定了倾斜输送式油菜割晒机主要结构参数和工作参数,明确了铺放质量的影响要素为拨禾轮转速、输送带线速度和输送装置倾角。以铺放角度、上下层铺放角度差、铺放宽度变异系数和铺放高度变异系数为铺放质量评价指标开展了二次回归正交组合试验。结果表明,输送装置倾角对铺放质量的影响最显著,优化参数组合为拨禾轮转速35r/min,输送带线速度1.5m/s,输送装置倾角27°。田间试验结果表明,优化参数组合条件下,割晒油菜的平均铺放角为28.3°,上、下层铺放角度差为5.4°,铺放宽度变异系数为9.6%,铺放高度变异系数为8.6%,铺放损失率为0.73%;晾晒4 d后油菜茎秆含水率和籽粒含水率分别为47.9%和9.7%,相较晾晒前分别降低了35.1%和74.4%,有利于后续捡拾脱粒清选。倾斜输送式油菜割晒机可实现油菜的顺畅输送、整齐铺放和高质低损割晒,满足多熟制油菜分段收获需要。研究结果可为油菜割晒机结构改进提供参考。     

基于模态置信度准则的插秧机支撑臂模态分析与结构优化

针对高速插秧机栽插机构动力传输过程中的振动问题,该文以2ZG-6DK插秧机为研究对象,分析了栽插系统动力传输方式及工作原理;利用Solid Works软件对插秧机动力传输系统中关键部件支撑臂进行建模,将模型导入ANSYS Workbench并结合Lanczos Method解算方法求解模态固有频率和振型,在此基础上开展基于MAC(modal assurance criterion)准则优化的模态试验,验证了有限元理论分析的准确性。为使支撑臂固有频率避开外部激振频率,在分析外部频率激振特点的基础上,基于ISIGHT多学科软件平台,采用序列二次规划法对支撑臂结构参数进行优化。研究结果表明:优化后支撑臂侧壁腔体厚度5.7 mm、横梁宽度42.0 mm、臂长497.0 mm,前4阶模态频率分别调整至135.17、204.23、483.14和702.32 Hz,均可避开插秧机汽油发动机激振频率范围86.67~120 Hz。优化后1阶频率下振动幅度衰减最为明显,振动幅值最高下降9.4%,支撑臂低频振动特性得到明显改善。研究结果可为插秧机的振动特性分析与减振设计提供参考。     

微型谷物联合收割机割台最小振幅点分析及挂接点优化

针对联合收割机的振动问题,该文以4L-0.2微型联合收割机为研究对象,利用最小幅值点法,通过优化割台与整机的连接点,减小振动能量的传递。首先,对比割台有限元仿真模态和试验模态,验证仿真模型和试验数据的正确性,为后续分析确定模态分析的阶次。其次,利用电机驱动割刀模拟工作工况,发现5、10和15 Hz 3个频率的频谱幅值较大,对整机的振动影响明显。而后,利用激振器作激励源,测量单频激励时分布在拟挂接区域内选定点的振动幅值,以这些点的坐标和振幅为采样,拟合二次曲线,(拟合度取值范围0.879~0.975),得到单频极小振动幅值点。最后,以频谱幅值比例和人体对不同方向振动的敏感度作为影响系数,求出3个频率极小振动幅值点的加权重心,作为连接点的优化解。为了验证优化解的正确性,试验测量该点在工作工况下的振幅,结果表明振幅小于拟挂接区其他各点,为该区域平均加权幅值29.707 m/s2的89.29%,最大振幅点幅值35.044 m/s2的74.92%,达到优化要求。     

基于ANSYS-ADAMS的立式油菜割晒机铺放角形成机理

为提高油菜割晒作业性能,研究油菜植株参数和割晒机参数对铺放角的影响规律,该研究利用ANSYS软件和Pro E软件分别建立油菜植株的柔性体和割晒机模型,在ADAMS软件中建立割晒机-油菜植株刚柔耦合模型,开展油菜植株铺放过程单因素与多因素仿真试验。单因素试验结果表明:油菜植株高度在1.2～1.6m范围内,铺放角先减小后增加且在植株高度为1.4m时取得最小值;油菜植株质量密度在438～588kg/m3范围内,铺放角先增加后减小且在质量密度为538 kg/m3处取得最大值;植株与植株的摩擦系数在0.1～0.5范围内,摩系数越大铺放角越小。多因素响应面试验结果表明:输送链与前进速度的速比、前进速度、割茬高度、输送链速度与前进速度的速比及前进速度与割茬高度的交互作用对铺放角的影响极显著(P0.01),显著性顺序从大到小为输送链速度与前进速度的速比、前进速度、割茬高度;根据多因素试验结果建立铺放角的三元二次回归方程模型,并建立响应面分析多因素交互作用对铺放角的影响规律;建立目标优化方程组,确定割晒机最优作业参数组合为前进速度0.6 m/s,速比1.37,割茬高度0.42 m。田间试验结果表明,优化作业参数条件下,铺放角预测值与实测值的相对误差小于6%;与对照相比,铺放角由134.9°下降为115.8°,角度差由11.2°下降为9.6°,根差由0.22m下降为0.14m,割晒损失率由2.2%下降为1.5%,割晒机作业性能提高。研究结果可为油菜割晒作业的适宜条件确定和割晒机作业参数优化提供依据。     

玉米收获机割台振动特性及其主要影响因素分析

针对收获机械割台振动剧烈、故障率较高等问题,研究了割台动态振动特性及其影响规律。以4YZP-3XH-1型玉米联合收获机割台为研究对象,首先建立了割台机架有限元模型并计算其自由模态,研究了割台模态试验方法,利用特征实现算法识别其模态参数;其次,利用模态试验验证了有限元模型的准确性和可靠性,在此基础上,计算获取割台机架的约束模态;再次,利用时域和频域方法分析振动时域信号,获得怠速、运输和田间收获工况割台的振幅分布特征、主振方向和频率分布规律;最后,研究了割台振动的影响因素及其振动主频与模态参数之间的对应关系,指出了振动频率激起模态振型的规律。研究结果表明,割台机架第1阶试验模态频率为27.260 Hz,第2~10阶模态频率范围为34.311~126.035 Hz,模态振型以弯曲振型和扭转振型为主,割台主轴(28.77 Hz)、切碎刀(29.63 Hz)、还田机(43 Hz)等工作频率均落入其前10阶约束模态频率内;在怠速、运输和田间收获作业工况下,工作部件运行工况相较于仅发动机工作,2种模式下割台振幅相差1个数量级;引起割台振动的主要因素为:发动机的2阶发火频率(76.25 Hz),割台主轴、切碎刀、搅龙、拨禾链、还田机等工作部件的耦合振动,以及道路激励(1.5、2.5 Hz)。对比割台约束模态与振动频率,发动机2阶发火频率引起割台弯扭组合振型,道路激励引起整体振动,割台主轴(28.77 Hz)和切碎刀(29.63 Hz)振动频率激起割台机架的一阶弯曲振型,还田机(43 Hz)振动频率激起割台的扭转振型。研究结果可为收获机械割台模态试验与振动特性分析、对标设计和优化提供参考。     

油菜割晒机拨指输送链式输送装置研制与试验

为了解决油菜割晒作业输送铺放难题,研制了油菜割晒机拨指输送链式输送装置,可以实现油菜割晒输送、铺放作业。该研究对拨指输送链式输送装置进行了结构设计,在排禾口处,在保证拨指运动不干涉的条件下,控制拨指回缩的轨道应尽量前伸,以保证在排禾口处拨指一直对油菜茎秆有拨动输送作用。在分析拨禾轮对油菜植株作用过程以及对已割油菜茎秆推送作用的基础上,给出了油菜割晒作业顺利输送时输送装置、拨禾轮、割刀三者之间水平与垂直安装距离以及输送装置安装倾角。拨禾轮中心与割刀的水平距离调节范围应为0～276 mm,割刀和输送装置前端之间的水平距离应根据油菜茎秆高度而定,一般不超过300 mm。拨禾轮中心的高度应大于1100 mm,高度可调。输送装置前端与割刀的垂直距离应小于125 mm。输送装置安装倾角10°～20°。分析了拨指运动轨迹方程,对输送带上油菜茎秆进行了受力分析。给出了油菜茎秆顺利输送铺放时机器前进速度、输送带速度、拨禾轮转速之间的相互关系。拨禾轮圆周线速度与机器前进速度的比值控制在1.1～1.5,输送带速度与前进速度的比值控制在3.2～5.0。田间试验表明,该输送铺放装置性能稳定,作业顺畅,油菜割晒作业总损失率≤0.85%,油菜茎秆铺放角≤32°,铺放角度差≤25°,铺放质量达到要求。     

油菜联合收获机往复式双动割刀行星轮驱动器设计与试验

为解决传统油菜联合收获机往复式切割器因横割刀振动大、刀片对油菜茎杆扰动引起的割台落粒损失大、切割功耗高等问题,该研究设计了双动割刀行星轮驱动器。通过建立行星轮驱动机构运动方程,分析了驱动机构须满足的割刀运动结构参数。对行星轮驱动式双动割刀所受惯性力及切割图的分析表明,刀杆往复运动产生的惯性力是引起割刀产生振动的主要原因,且行星轮驱动式双动割刀具有惯性力平衡性能好、切割冲击小、对油菜茎秆扰动小及割刀切割连续性高等特点。茎秆切割功耗测试结果表明,割刀切割速度在1.2、1.4、1.6 m/s范围内,行星轮驱动式双动刀相对曲柄连杆驱动式单、双动刀切割器功耗平均分别降低了43.3%和16.8%。相同割幅的行星轮驱动式双动割刀和曲柄连杆式单动刀空转状态振动测试表明,割刀切割速度在0.8、1.2、1.6 m/s时,同一振动测点处安装有行星轮驱动式双动刀的割台较安装有曲柄连杆式单动刀切割器的割台所受割刀往复运动方向振动平均降低了56.3%。油菜联合收获田间试验结果表明:安装有行星轮驱动式双动刀的割台所受割刀往复运动方向的振动较安装有曲柄连杆式单动刀的割台降低51.2%;机器前进速度0.6～1.4 m/s时,行星轮驱动式双动割刀割台落粒损失最小为1.56%,最大为2.68%,较曲柄连杆式单动刀割台落粒损失平均降低42.5%。理论分析、室内试验及田间试验结果均表明,所设计的行星轮驱动式双动割刀振动小、功耗低、作业性能稳定,降低割台落粒损失效果明显。     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。     

基于灵敏度分析的船式拖拉机机架结构优化设计

为提高船式拖拉机的动态性能,针对机架与船壳可分离的船式拖拉机,对其机架进行多目标优化设计。通过模态分析确定优化响应,灵敏度分析确定设计变量,模型建立确定优化目标,多目标优化设计数学模型得到6组非劣解,并基于熵权的模糊物元模型得到最优设计方案。优化前后的对比分析可知,在机架体积只增加2.4%的基础上其第一阶模态频率提高35%,最大静应力减小35%,同时发动机的工作频率远离船式拖拉机机架的固有模态频率。结果表明,优化后的船式拖拉机机架动态性能良好。该研究可为船式拖拉机的设计研究提供参考。     

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM 的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明：显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明：旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。     

油菜脱粒过程中茎秆碰撞破碎的试验研究

油菜脱粒过程中茎秆过度破碎是导致夹带损失和脱粒功耗升高的主要原因。为明确油菜茎秆被脱粒钉齿碰撞导致破碎的机理，该研究以收获期油菜茎秆为研究对象，在自制的碰撞试验台上进行脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞破碎试验。在进行油菜茎秆与脱粒钉齿撞后轨迹分析的基础上，利用感压胶片对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞力进行了测量，并以油菜茎秆破碎率为指标，以油菜茎秆长度、喂入次数、滚筒转速、齿型等为因素分别进行了单因素试验和正交试验。结果表明：单个钉齿与油菜茎秆的碰撞过程为高速瞬时多点碰撞，碰撞过程89%为多次碰撞，发生1次碰撞的仅占11%，碰撞次数与碰撞点在钉齿上的位置有关；瞬时多次碰撞过程中碰撞力随碰撞次数呈减小趋势，试验条件下单次碰撞力平均值为13.25 N，小于油菜茎秆径向压缩的屈服极限，单次碰撞的油菜茎秆并不会破碎；单因素试验表明油菜茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、滚筒转速正相关；刀面、柱面和平面3种钉齿中刀面钉齿对茎秆破碎率影响最大，平面钉齿对茎秆破碎率影响最小，试验条件下将油菜茎秆重复8次喂入碰撞试验台后油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%，油菜侧枝破碎率为42.2%，主茎秆破碎率远远大于侧枝；正交试验表明在所选参数范围内影响茎秆破碎率大小的顺序依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型、喂入次数，且茎秆长度100 mm、滚筒转速500 r/min、喂入次数为2次、齿型为平面钉齿时油菜茎秆破碎率最低。本文对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞形式及碰撞力进行了研究，确定了影响茎秆破碎的主次因素，可为油菜脱粒装置的优化设计提供依据。     

基于振动激励溯源的谷物联合收获机清选筛制造缺陷定位

为了识别主要制造缺陷的位置并指导构建往复振动式清选筛质量检测系统,该文提出了一种利用经典传递路径理论反算作用在清选筛与脱粒清选室连接点的激励力,进而定位缺陷位置的方法。通过测量、对比连接点的振动,发现振动频率成分基本相同,且是强相关的,因而不能通过频率分析找出主要激励源而定位制造缺陷。进一步根据激励力与缺陷的关联关系,发现具有最大激励力的激励源附近应存在主要制造缺陷。在测量从连接点到观察点的振动传递函数的基础上,综合广义逆矩阵理论,相位角变化的随机性等,构建了最大激励力和该激励力对观察点振动贡献的计算模型。清选试验台验证测试结果表明,激励力贡献响应之和为实测加速度的84.7%～94.6%,考虑到模型简化时忽略了部分因素的影响,两者基本吻合,计算模型可靠。以键槽间隙为典型缺陷进行验证试验,结果表明,有缺陷时的振动基频和振幅较大的频率对应的激励力比无缺陷时增大71%～3 271%,定位方法有效。