某采棉机大梁结构设计与优化

采棉机大梁要求具有足够的强度和刚度,以承受整个采棉机的载荷和从车轮传来的冲击,同时要求具有一定的动态振动特性,以避免在各种旋转零部件转动工作频率激励下出现共振。针对采棉机大梁结构设计与优化问题,运用UG三维计算机辅助设计软件,建立了7种不同车架结构实体模型,运用有限元分析方法对车架实体模型建立网格模型,并对车架进行静力学分析和强度评价,同时进行模态振动特性分析。数值分析结果表明,随着大梁结构的改变和优化,其最大应力集中值发生变化,从386.36 MPa下降到176.88 MPa,总变形量从8.51 mm下降到3.99 mm,强度有明显提高、变形量明显变小。可知结构强度提高了56.3%,总变形量降低了53.8%。模态振动分析结果表明,优化前的大梁结构前10阶固有频率在7.3～44.9 Hz范围内变化,随着结构的进一步完善和优化,结构6第2、6、8、10阶固有频率分别较优化前提高53.2%、31.3%、31.1%、20.1%,结构弯曲振型部位从前桥连接板和主横梁转移到前桥附横梁,尾部扭转振型渐渐消失,且经过优化,成功避开了拖拉机怠速频率和重要工作部件采棉头的工作频率范围;通过对各优化结构之间进行对比分析并考虑采棉机实际工作环境,最后确定符合实际加工和工作机制的边梁材料为材料横截面积100 mm×200 mm、厚度7 mm,外部的加强大梁结构,为采棉机大梁国产化、提高其强度和动力稳定性提供理论依据。