玉米收获机车架应力及模态数值模拟焊点模型优选

玉米收获机车架作为一种典型的薄壁焊合结构,各结构件主要通过焊接关系连接,该文针对车架有限元建模分析中焊点连接关系复杂、不同焊点模型引起数值模拟精度差异的问题,以提高车架有限元建模准确性与计算精度为目标,研究不同焊点模型对收获机械车架有限元计算精度的影响。首先,研究了有限元建模中常用4种不同焊点模型的构造机理与数学描述,并分别建立了4种焊点的车架有限元分析模型,计算静态加载下不同焊点模型车架的应力分布;其次,设计了玉米收获机车架应变试验,得到不同测点的应力分布规律。通过对比分析仿真与试验数据得出:采用RBAR(rigid-bar)焊点模型计算结果与试验结果吻合,相关系数为0.993 2,较适合模拟计算应力-应变模式的静态工况。通过Block Lanzcos算法计算不同焊点模型的车架模态振动频率与振型,获取不同焊点模型对车架频率和振型的影响规律,得出采用ACM2(area contact model 2)焊点模型的计算结果与二阶四面体单元计算结果相关性较高,相关系数为0.995 9。综合考虑不同焊点模型的适用性与建模效率得出:对于应力-应变模式的静态分析,建议采用RBAR焊点模型;对于模态分析模式的车架动态振动特性分析,建议采用ACM2焊点模型。研究结果为收获机械焊接结构件的有限元建模方法、焊点模型的选用以及提高数值模拟精度和建模效率等问题提供依据。     

山地果园轮式运输机车架结构分析与优化

山地果园运输机是农业运输机械化的重要组成部分,车架作为汽车质量的支撑部件,决定了运输机结构合理及行驶安全。该文研究的山地果园轻简化轮式运输机车架属于发动机前置后驱形式,利用Pro/E软件建立三维模型,并导入ANSYS软件进行有限元模态分析。在通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值在合理范围内后,对车架模型关键部位进行载荷、约束等处理并进行有限元静态弯曲和应变力分析、车架有限元模态分析,及有限元前8阶模态振动变形分析。分析结果表明车架具备良好的强度和刚度特性,存在一定的优化空间。优化过程在满足车架强度和刚度要求的前提下,通过改变横梁布置结构并降低车架构件板厚的方式实现轻简化目的。优化结果为上车架体积减少20%左右,整个车架体积减少12.37%左右,使车架质量降低了12.4%,最大应力和最大变形远远小于屈服极限值,较好的达到了车架轻量化的优化目的。     

装载机前车架的空间结构有限元模型

该文为装载机前车架空间结构研制了结构尺寸参数可变的有限元建模程序,详细介绍了建模方法和建模程序的结构组成及各功能子程序,并通过数据格式的转化生成可直接被ＡＤＩＮＡ软件调用的模型数据文件。利用该建模程序和ＡＤＩＮＡ分析程序构成的分析系统,只需输入若干个车架基本尺寸参数,就可自动完成模型的数据生成及计算分析,并对ＺＬ６０Ｄ前车架进行有限元强度计算分析。通过计算,对其设计提出了改进意见。计算结果证实了该结构模型的正确性及实用性。     

偏心齿轮-非圆齿轮行星轮系在后插旋转式分插机构中的应用

针对步行式水稻插秧机的工作要求,将偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系应用于水稻插秧机后插式分插机构的设计中,研制出偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构。分析了偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系的运动学特性,建立运动学模型,并自主开发了分插机构辅助分析与优化软件,通过人机交互优化方式对该分插机构进行参数优化,完成了该分插机构的二维和三维设计,并进行了虚拟样机试验,试验结果表明：该分插机构可以形成“海豚形”插秧静轨迹,满足步行式水稻插秧机的工作要求。     

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。     

基于参数化有限元分析的某客货两用汽车车架的改型研究

为了解决某客货两用汽车车架的断裂问题,该文运用参数化有限元技术对其车架结构进行有限元建模与静强度分析,并提出了有实际意义的改进方案,为以后类似的产品开发提供了理论依据.由于采用了参数化有限元技术,建模过程具有理想的重复性、开放性与良好的修改性,缩短了产品的改型周期,提高了产品质量.     

玉米收获机底盘车架疲劳寿命研究

提出一种玉米收获机底盘车架疲劳寿命预测方法。利用ANSYS软件对玉米收获机底盘车架进行有限元分析,得到最大模态变形位置和静应力分析条件下的应力分布;在有限元分析数据基础上,粘贴应变片,组建应力测量系统,实测田间及道路条件下的应变时间历程;对采集的应变数据开展预处理,初步分析其受力情况及动载荷特征,采用n Code软件完成疲劳寿命预测。试验结果表明,车身横梁疲劳寿命为24.1万h、支撑部件寿命为16 500万h,满足使用要求,但支撑部件强度设计过剩,采用workbench的shape optimization对该部件开展轻量化设计,在满足疲劳可靠性条件下,减少了该部件质量24%。     

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。     

农用三轮运输车车架强度分析及节材研究

在对农用三轮运输车车架强度计算、试验基础上,进行了车架应力分析,提出了合理的农用三轮运输车车架设计方案,设计结果和试验结果吻合,改进后的车架结构比原结构成本大为降低。     

机动式喷杆喷雾机机架的轻量化设计

为了解决机动式喷杆喷雾机机架质量过重、燃油消耗率和碳排放量过高等问题,以机动式喷杆喷雾机机架为研究对象,建立了机架的有限元模型。对机架进行了试验模态分析,将仿真结果与模态试验数据进行了对比。利用有限元分析软件Radioss对机架进行了静态分析,计算了机架在水平弯曲和极限扭转工况下的应力分布及变形。根据有限元分析结果,对机架进行了轻量化设计并对机架进行了结构改进。研究结果显示:模态试验结果与有限元仿真结果基本接近,验证了有限元模型的准确性;经过尺寸优化,机架的质量降幅为40.4%,实现了轻量化目标;根据轻量化结果对机架进行了结构改进,改进后弯曲工况和扭转工况的安全系数为分别提高了9.7%和7.8%。该文的相关研究可以为企业研发机动式喷杆喷雾机提供一定的参考。     

Lightweight design of chassis frame for motor boom sprayer

为了解决机动式喷杆喷雾机机架质量过重、燃油消耗率和碳排放量过高等问题,以机动式喷杆喷雾机机架为研究对象,建立了机架的有限元模型。对机架进行了试验模态分析,将仿真结果与模态试验数据进行了对比。利用有限元分析软件Radioss对机架进行了静态分析,计算了机架在水平弯曲和极限扭转工况下的应力分布及变形。根据有限元分析结果,对机架进行了轻量化设计并对机架进行了结构改进。研究结果显示：模态试验结果与有限元仿真结果基本接近,验证了有限元模型的准确性;经过尺寸优化,机架的质量降幅为40.4%,实现了轻量化目标;根据轻量化结果对机架进行了结构改进,改进后弯曲工况和扭转工况的安全系数为分别提高了9.7%和7.8%。该文的相关研究可以为企业研发机动式喷杆喷雾机提供一定的参考。     

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。     

高地隙折腰式水田多功能动力底盘设计与试验

针对目前水田农用底盘通用性差、转弯半径大、离地间隙低、田间行驶及爬坡越埂稳定性差等问题,结合东北地区水稻种植模式和农艺要求,该文设计了一种高地隙折腰式水田多功能动力底盘,阐述分析了底盘整体结构、传动系统与工作原理.在静态弯曲和扭转工况下进行了有限元分析,得到了满载量化状态下车架载荷分布和薄弱部位,有限元分析表明:在满载弯曲工况下,车架所受最大应力发生在平衡装置摇摆轴处为130.70 MPa,最大位移发生在后车架发动机安装梁处为1.56 mm;在满载扭转工况下,车架所受最大应力发生在右后悬架与纵梁连接处为255.44MPa,最大位移发生在车架左纵梁与后横梁连接处为9.44 mm,为后续开展车架薄弱区域的改进与轻量化设计提供重要依据.在此基础上,对动力底盘的转向性能、行驶性能和越埂性能进行了理论分析,并以行驶速度、最小转弯半径、最大爬坡角和最大越埂高度为试验指标,进行了田间性能试验.试验结果表明:多功能动力底盘田间道路行驶速度范围为1～14 km/h,水田行驶速度范围为1～6 km/h,水田行驶最小转弯半径为3 200mm,最大爬坡角为56°,最大越埂高度为533mm,整机工作性能满足田间管理作业要求,提高了水田综合作业的高效性和适用性,实现动力底盘的一机多用.该研究可为水田田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑.     

农机部件数字化设计软件平台AgriDEM开发

为解决农机产品开发周期长、工作量大和成本高等问题,研制了集设计和性能分析评价为一体的农机部件数字化设计软件平台AgriDEM(agricultural discrete element method)。该平台通过将CAD软件与自主研发的基于DEM-CFD-MBK(discrete element method,computational fluid dynamics,multi-body kinematics)耦合的分析软件集成,可在设计阶段由农机部件的CAD模型(CAD软件设计图),进行农机部件工作过程的动态仿真和工作性能的分析评价,由此实现农机部件结构方案和尺寸参数的优化。该文详细介绍了该平台的架构和关键技术实现方法,包括农机部件分析模型的建模方法、颗粒的建模方法、基于OpenMP的并行计算方法、基于DLL的模块封装及原型系统开发等,最后通过一个实例验证了该平台的可行性和有效性,可为农机部件的优化设计和数字化设计提供参考。     

太阳自动跟踪系统机构静力学及脉动风模拟分析

运用大型有限元软件ANSYS建立有限元模型,对太阳自动跟踪系统中的几个典型构件组合以及整体机构进行结构静力学模拟仿真分析,同时根据瞬态动力学理论模拟脉动风对机构的影响,探讨了模拟分析的细节问题并给出了求解全过程。组合结构以及整体机构的静力学模拟仿真分析结果表明了该机构可以达到设计要求。通过对机构进行脉动风共振模拟试验,由瞬态动力学分析结果表明脉动风使机构产生的振动频率小于固有频率,机构不会发生共振现象。并通过对两种模拟分析结果的比较,表明脉动风对机构的受力影响大。     

基于等效静态载荷法的大型振动筛轻量化处理

振动筛广泛应用于农业、煤矿、木工等行业,且均朝着大型化、高效化方向发展。大型振动筛工作一段时间后较易出现裂纹等疲劳破坏现象。该研究针对新型BF14260大型振动筛,分析了整体结构强度,确定了最大等效应力位置及主要应力分布区域,结合等效静态载荷法和子模型法,构建振动筛筛箱主框架等效静态子模型,将动态优化问题转化为静态优化问题,进行拓扑概念优化及实用模型重建,进一步进行局部强化处理,分析比较了不同处理方法的最大及较大应力节点的动态等效应力变化关系。结果显示拓扑优化处理全面有效降低应力值,且有效降低动态应力波动频率,即改善梁受力波动的稳定性以提高梁的疲劳工作寿命;局部强化处理在拓扑优化处理基础上明显降低了最大等效应力值,即使整个梁构件承载的应力获得全面有效的下降,改善了应力分布。最终优化效果为最大应力由79.4 MPa下降至49.3 MPa,下降37.9%。质量减轻1 080 kg,减少了25.6%。该研究所提方法可有效解决复杂结构的动态优化问题并提高优化效率。     

香梨静压接触应力测量及损伤预测

为了实现香梨果实静压损伤面积的准确评估和预测,该文采用Prescale感压胶片对香梨不同静压水平下的接触应力分布进行测量分析和有限元模拟。研究结果表明,当香梨50～200N静压时,50N时香梨无肉眼可辨的损伤,感压胶片测量的峰值应力0.5～0.6MPa,其应力面积在香梨损伤面积中所占很小;感压胶片测量的接触应力分布中只有≥0.2MPa范围的应力面积非常接近香梨损伤面积,因此可作为香梨损伤面积的应力阈限。当该应力阈限用于香梨静压有限元模拟的损伤面积预测时,100和150N压力下的相对误差率约6%,200N压力下的预测误差为13%,这说明有限元法能够较准确地预测香梨静压损伤面积,从而可为今后香梨采收、分级和包装装置的减损结构优化设计提供依据。