基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析

为从理论上深入探讨载荷频率对疲劳寿命的影响,引入功率密度的概念,并基于功率密度和时频分析提出一种疲劳寿命预测方法,在疲劳分析过程中可同时考虑应力幅值和频率2个因素对疲劳寿命的影响。以某型号自走式玉米收获机为研究对象,在调研数据和有限元分析的基础上,确定车架上危险点位置,设计并实施了应变信号采集试验方案,对收获机各工况下车架危险位置的动态应变进行采集,获得各测点在不同工况下的载荷-时间历程。在实测载荷基础上,利用基于功率密度的疲劳分析方法对玉米收获机车架的疲劳寿命进行预测,得到危险点的疲劳寿命为394 h,与名义应力法分析得到的疲劳寿命(845 h)相比较,更接近实际工作寿命(400~500 h)。该研究为农业装备关键部件的疲劳寿命提供更精确的分析和预测方法,并促进疲劳分析理论的发展。     

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。     

车辆控制臂疲劳损伤分析与寿命预测

为提高车辆结构疲劳耐久性、完善车辆结构设计方法,该文对车辆控制臂进行了的疲劳损伤分析与寿命预测研究。通过有限元分析法,建立控制臂有限元分析模型,分析其结构应力,确定疲劳损坏热点。实测获得试验场条件下控制臂的应变载荷,进行频谱分析与低通滤波等数据处理,利用雨流计数法,编制控制臂载荷谱。利用局部应力应变法与Miner准则,考虑结构应力集中修正,完成控制臂的疲劳损伤分析与寿命预估。结果表明,控制臂损伤热点主要分布在与转向节连接的过渡处,控制臂载荷信号频域能量主要集中在15Hz以内,与车体结构的实际频率分布相符,控制臂的疲劳损伤分布与实际路况条件的受力状况相符,得出控制臂试验场预期寿命为3.96万h。研究结果可为车辆疲劳耐久研究提供重要参考。     

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。     

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。     

4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机的设计

为提高玉米茎秆青贮作业效率、减少作业环节和人工消耗,在现有玉米收获和茎秆青贮机械化技术的基础上,对相应工作单元进行了改进设计和优化组合,开发了4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机。它主要由穗茎兼收割台、碎茎秆抛送器、打捆装置、喂料与送绳控制系统等组成,能够同时完成玉米果穗的收获,茎秆收集、切碎、输送、打捆等多项作业,实现了功能集成和运动相位的准确耦合。穗茎兼收割台采用纵向切刀,切碎并抛送茎秆,利用二级搅龙输运碎茎秆,结构简单;喂料与送绳控制系统采用机电一体化技术,可完成对打捆装置喂料与送绳过程的自动控制。试验表明：该收获机工作安全可靠,茎秆切碎、破节及打捆效果理想,能够满足玉米茎秆青贮工艺的要求。     

4YF-3、4Y-3型自走式玉米联合收获机的设计与试验

针对我国北方小麦玉米一年两熟种植地区玉米收获时含水率高的特点及我国目前农村土地经营规模及发展趋势,设计了４ＹＦ－３、４Ｙ－３型两种自走式玉米联合收获机,这两种机型均可同时进行摘穗、果穗输送、果穗集箱、秸秆粉碎直接还田等多项作业,较好地解决了高含水率玉米果穗的收获和秸秆处理问题。生产率０．５～０．９ｈｍ²／ｈ,配套动力７８．７ｋＷ。     

高速水稻插秧机车架的轻量化设计

以某型号高速水稻插秧机车架为研究对象,利用三维建模软件UG对其参数化建模,并导入有限元分析软件ANSYS Workbench中对水稻插秧机车架进行有限元分析。该文进行了车架的应力计算,并对主要变形部位进行应力试验测量,将计算结果与田间试验数据进行对比,验证了有限元计算的正确性。以有限元分析结果为依据,建立了车架优化设计模型,通过计算提出较为合理的车架轻量化设计方案,经优化及结构改进,车架质量降幅达16.77%,证明了该优化方案的经济性和可行性。     

4YW-2型玉米收获机的性能改进与试验分析

针对国内使用较多的4YW-2型玉米收获机工作效率低,不对行作业适应性差等问题,在原机型基础上对收获机割台、果穗输送装置及动力传递部件进行了改进。通过田间试验表明,改进后机型对玉米不对行收获适应性有所改善,同时降低了漏摘率、籽粒损失率和籽粒破碎率,为不对行玉米收获机械设计提供了参考依据。     

玉米收获机茎秆堆放装置设计

机械化整秆回收可提高玉米茎秆回收效率、降低回收成本,是玉米茎秆综合开发利用的一个重要环节。在现有玉米收获机械化技术的基础上,开发了玉米茎秆堆放装置,采用铣切刀、搅龙和压送器等部件将玉米茎秆割下、切断并条铺成行,然后由安装在玉米收获机后下方的搂草机构将其集成草堆。堆放装置采用机电液一体化技术,操作人员可通过调节旋钮,方便地改变玉米茎秆的堆间距,机具在地头转向时,操作人员可以通过操作相应按键,方便地控制搂草过程的启、停。试验表明：该玉米收获机茎秆堆放装置工作安全、可靠,与传统的收获相比,玉米茎秆整秆回收效率可提高50%以上。该装置的设计,为玉米茎秆回收和高效生态化利用创造了条件。     

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。     

谷物联合收割机测产数据中的误差分析与处理

产量分布图作为实施精细农业的起点与农业生产管理决策的基础，其精度至关重要，而产量数据误差分析与处理则是提高产量分布图精度的关键。通过连续两年使用带有测产系统的联合收割机进行收获试验，并对得到的产量数据进行分析，发现产量数据中主要存在三类误差，即割幅宽度设置误差、填充时间误差和延迟时间误差。讨论了这三类误差的产生原因、识别和处理方法，并对小麦和玉米在不同收获条件下的误差进行了比较。分析结果表明，割幅宽度设置误差数据所占的比例一般小于6%，填充时间误差数据大于10%，延迟时间误差数据小于1%。     

基于心率变异性的联合收割机驾驶员疲劳分析与评价

为探究联合收割机驾驶员的疲劳变化规律,应用RM6240C多通道生理信号采集系统,在约翰迪尔S660型联合收割机上进行了驾驶疲劳监测试验,采集了10名驾驶员120 min收获驾驶的心电数据。选取非线性动力学指标样本熵作为疲劳监测的特征参数,分析样本熵随驾驶时间的变化规律,确定驾驶疲劳发生时间段,对比不同作业环节的疲劳程度。结果表明:样本熵值随驾驶时间的增加呈下降趋势;样本熵值与主观驾驶疲劳程度的皮尔逊相关系数为-0.824,两者显著负相关;根据样本熵值判定,驾驶疲劳于50 min后开始出现,100 min后疲劳程度加深;转向行驶阶段比直线行驶阶段的驾驶疲劳程度高。基于样本熵的驾驶疲劳判定方法可客观的反映联合收割机驾驶员的体力和精神疲劳状况。     

自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的设计与试验

为了解决玉米茎秆回收利用,提出立式摘穗茎秆切碎单元体结构,设计了玉米收获、茎秆切碎、根茬破碎于一体的玉米收获工艺,并用于4YQZ-3自走式穗茎兼收型玉米联合收获机,通过生产试验和检测证明,符合国家相关标准规定。为解决玉米穗茎兼收关键技术提供了技术方案和应用实例。     

旱区全膜双垄沟播履带式玉米联合收获机的设计

针对中国北方旱地全膜双垄沟播玉米种植方式,解决玉米收获过程中的摘穗啃伤、田间作业垄上行走稳定性差及玉米茎秆回收再利用问题,设计了一种履带式玉米穗茎兼收型联合收获机,以及配套的立辊式摘穗割台和茎秆切碎抛送装置。设计的非对称立辊式对行收割结构,可适应玉米全膜双垄沟播收获作业要求,实现了穗茎兼收,提高了秸秆利用率,并总结了立式割台“间隙夹持-倾斜喂入-滑动摘穗”的立式摘穗收获机理。利用立式摘穗试验样机,以机具前进速度、主动链轮转速、摘穗辊直径、切碎刀轴转速为影响因素,果穗损失率、茎秆切碎合格率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:在机具前进速度3.8m/s、主动链轮转速1150r/min、摘穗辊直径82mm、切碎刀轴转速1650r/min时,果穗损失率为2.61%、茎秆切碎合格率为92.81%。优化模型与田间验证性试验得到的果穗损失率均值2.8%、茎秆切碎合格率均值93.1%相接近,满足旱区全膜双垄沟播玉米收获要求。