标准四驱水田自走底盘转向驱动桥设计与工程结构分析

为通过标准四轮驱动形式提高水田自走底盘的通过性,设计了一种转向驱动桥,因其壳体结构及受力非常复杂,为保证在设计过程中精确控制刚度和强度,利用CATIA有限元分析模块,在桥壳3D图形上建立了各组成壳段间具有联接关系和力传递特性的车轿装配体有限元分析模型,并根据底盘工况特点及力学分析的数据划分特征区域、施加约束及载荷边界条件,计算出车桥的变形和应力分别为0.218 mm、121 MPa,结合进一步的实物样机测试表明,该种结构铝制车桥的刚度与强度满足设计要求及相关行业标准。该文为以轻量化和高通过性为目标而采用的标准四驱形式的底盘进入性能验证阶段提供指导,也为类似具有复杂结构及复杂受力机构的设计提供参考。     

考虑药罐液体晃动的高地隙喷雾机底盘悬架优化设计

针对高地隙喷雾机作业工况复杂,罐内药液晃动及质量时变导致的整车行驶平顺性难以保证的问题,基于液体晃动动力学特性和机械模型等效准则,建立了喷雾机液—固耦合下的底盘非线性垂向动力学模型,应用多目标遗传算法对喷雾机底盘悬架系统参数进行了优化,得到了不同路面及充液条件下的悬架刚度、阻尼最优参数矩阵。优化结果表明,最优悬架参数下的整车车身垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度及车轮动载荷较优化前分别降低27.5%、16.4%、25.8%及17.6%。搭建喷雾机整机试验平台,开展两种典型路面工况条件下的喷雾机整车试验。试验结果表明,与初始参数条件下的整车平顺性评价指标相比,悬架最优参数条件下的车身垂向加速度分别降低了15.58%与18.72%,车身侧倾及俯仰角速度均降低10%以上。研究结果可为包括喷雾机在内的罐体类车辆悬架设计、参数优化及控制提供参考。     

4100QB柴油机机体的形状优化及灵敏度分析

为了提高柴油机机体裙部刚度,该文以4100QB柴油机机体为研究对象,使用HyperWorks/Optistruct软件,采用形状优化的方法,进行了设计变量对响应变量的灵敏度分析,完成以提高机体裙部刚度为目标的优化设计。形状优化求解时选取了最大爆发压力工况、活塞侧向力最大工况、主轴承水平分力最大工况3种计算工况,设计变量为机体上与曲轴箱相关的12个结构尺寸,约束函数为机体的应变能、节点的水平位移、机体的质量,目标函数为使得机体裙部相关振型模态频率加权和最大。模拟计算结果显示机体的应变能和固有频率有不同程度的改善。该文的研究方法对于机体类零部件优化设计具有借鉴作用。     

内支撑安全轮胎零压工况力学特性

安全轮胎零压力学特性是提升轮胎续驶性能、实现车辆爆胎稳定性控制的基础。为研究内支撑安全轮胎的零压力学特性,通过零压工况负荷特性、侧向力学特性及接地特性试验,研究了不同负荷作用下内支撑安全轮胎的径向刚度、侧向刚度及接地特征参数的变化规律,并与额定胎压工况进行了对比。研究表明内支撑安全轮胎失压后,径向刚度表现为分段近似线性,在负荷小于负荷6 000 N时,其平均径向刚度较额定胎压工况降低了84.76%,在负荷大于拐点负荷时,其平均径向刚度较额定胎压工况增加283.34%;内支撑安全轮胎在无明显侧滑区侧向力与侧向位移近似为线性,零压侧向刚度较额定胎压工况增大9.92%,最大侧向附着力降低24.41%;当负荷达到一定数值时接地印痕面积基本保持不变,在胎肩和胎冠中心区域出现应力集中现象,胎面翘曲严重,接地压力分布均匀性变差。研究结果为掌握零压工况下内支撑安全轮胎的力学特性,进行车辆爆胎稳定性控制提供理论基础和参考。     

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%。     

参数化曲轴三维整体模型与有限元分析系统的研究

以“最符合实际工况、最少量简化”为原则,在对以往研究归纳、整理、改进的基础上,对曲轴有限元模型规范化进行了研究,基于VC++和ANSYS接口技术开发了参数化三维整体曲轴有限元分析系统,可以进行大多数类型曲轴的参数化有限元建模与分析计算,设计了友好的类型导航界面引导用户进行曲轴结构类型的选择和参数输入界面引导用户输入曲轴的结构、载荷、材料性能等参数,既具有曲轴专用分析软件方便、高效的优点,又具有大型通用软件稳定、可靠的优点。     

基于流固耦合理论的离心泵冲压焊接叶轮强度分析

为准确计算冲压焊接叶轮在流场中的应力及变形情况,借助计算机辅助工程（computer-aided engineering,CAE）多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行仿真计算。结果表明,各工况下叶轮应力分布明显不均,并在局部出现应力集中。叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力在0.6倍设计流量工况下为48.7 MPa,随流量的增大不断减小。叶轮总变形的最大位移在小流量工况下最大为0.0234 mm,随流量的增大先减小后增大,并在1.2倍设计流量工况下出现最小值0.0170 mm。为提高叶轮可靠性,应尽量避免其在小流量工况下运行。计算结果为冲压焊接叶轮的结构设计及分析提供有效依据。     

联合收割机行走半轴载荷测试系统构建与性能试验

为了给联合收割机行走半轴载荷谱的编制提供真实全面的载荷—时间历程,需要准确获取联合收割机行走半轴在典型作业工况下的载荷信号。该文在分析联合收割机工况特点和行走底盘结构特点的基础上,基于无线传感测试技术,通过选用合理的扭矩、转速传感器和数据采集系统,构建了一种联合收割机行走半轴扭矩和转速无线测试系统,并以沃得巨龙280型履带式联合收割机为样机搭载该系统,并进行了载荷测试性能试验,分析了该样机行走半轴在不同路面起步、直行、转弯时的扭矩和转速,确定了载荷测试性能的稳定性和可靠性。试验结果表明,该载荷测试系统方案合理、技术可行,所获数据稳定可靠。     

基于实测信息的零部件渐变可靠性灵敏度设计

目前机械零部件可靠性设计大多以建立纯理论数学模型为目标,没有把当前工作部件的实测信息和参数渐变性融入到理论模型当中,给零部件的可靠性设计带来一定的误差。为了对既有零部件可靠性进行正确评估,该文在考虑零部件强度为独立增量过程的同时,计算了强度的自相关系数,并研究了载荷作用效应和强度的渐变特性,得到了计算零部件渐变可靠度的方法。将渐变可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,提出了基于实测信息的零部件渐变可靠性灵敏度设计的计算方法,给出各参数在任意时刻可靠性灵敏度的变化规律,分析了设计参数的改变对零部件可靠性的影响,为机械零部件结构设计和寿命预测提供了理论依据。     

基于最优分布拟合的拖拉机三点悬挂牵引力载荷谱编制与台架试验

拖拉机三点悬挂装置作业载荷特性与分布研究对于预测零件寿命、产品可靠性分析等具有重要意义。针对传统参数外推编制方法对于多峰及概率分布不明确的作业载荷存在验证不通过或拟合效果差等问题,该研究提出基于最优分布拟合的载荷谱编制方法,建立了均值服从混合高斯、幅值服从混合威布尔的混合分布模型,采用AIC准则（Akaike Information Criterion）与BIC准则（Bayesian Information Criterion）相结合确定混合分布最优基函数个数,并利用EM（Expectation-Maximization）算法进行混合分布最优参数估计。以拖拉机三点悬挂牵引力实测载荷为对象进行最优分布拟合求解,与单分布相比,混合高斯分布与混合威布尔决定系数分别提高3.45%和6.02%,相关系数分别提高1.73%和4.87%,均方根误差分别降低31.38%和40%,残差平方和分别降低52.92%和64.01%。利用最优分布拟合进行极值和频次外推,并对外推一倍载荷谱与原始载荷进行统计特性与雨流计数对比分析,结果表明：外推载荷极值范围得到扩充,载荷分布规律一致,能够在保留原始载荷特性的前提下实现均幅值的双向外推。将外推牵引力载荷谱应用于拖拉机三点悬挂牵引力室内台架加载系统,并基于PID控制实现悬挂牵引力的反馈调节。加载试验结果表明：系统最大超调量为5.19%,最大稳定时间为0.2 s,最大延时为0.4 s,系统响应特性较好,室内台架系统能够满足拖拉机三点悬挂牵引力的加载与复现,并对外推牵引力载荷谱与反馈牵引力载荷谱进行雨流计数分析,均值、幅值频次保持一致,两者疲劳损伤等效,研究结果可为基于载荷谱的拖拉机室内台架试验提供理论依据和参考。     

基于虚拟仪器的挂车车轴性能测试系统

车轴是直接关系车辆运营安全的重要部件之一,但国内对车轴的检测自动化水平不高。在挂车车轴测试系统原型的基础上,通过Pro/E画图软件实现了测试系统的三维仿真,并进行了系统的构建,系统硬件包括支架、导轨、传感器、AC伺服电机及伺服驱动器;系统软件程序由LabVIEW编写,控制伺服电机的转动来驱动联动装置,通过两压头对模拟车轴进行加载,并通过数据采集卡采集位移和压力作为反馈。经过对位移传感器标定试验,得到定位最大相对误差为5.207%,平均相对误差的绝对值为1.4%;负载应力与电压线性回归方程中R＞0.994,Sig.＜0.05,回归显著。最后进行模拟车轴的疲劳、刚度、强度和应力等性能试验和分析,试验结果基本满足项目要求。     

后桥可靠性分析的参数灵敏度

可靠性灵敏度分析在可靠性设计和修改、可靠性优化设计、可靠性维护等方面均有重要的应用。该文讨论了后桥的可靠性参数灵敏度分析问题，提出了可靠性灵敏度设计的计算方法，研究了正态分布设计参数的改变对后桥可靠性的影响，为后桥的可靠性设计提供了理论依据。     

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。     

应用技术泥石流荷载下钢管混凝土桩林结构的抗冲击性能

[目的]分析新型拦挡坝钢管混凝土桩林结构在泥石流冲击荷载作用下的动力响应,为其结构的设计提供有效的科学依据。[方法]通过 ANSYS 有限元分析软件对3种不同泥石流荷载工况下桩林坝进行数值模拟,主要分析结构的应力、应变和位移等响应。对比3种工况的响应,得到结构的最不利荷载工况。[结果]空库桩管顶部受大石块冲击是结构的最不利荷载工况,3种工况相对比,发现大石块的冲击力是导致结构破坏的主要因素;钢管混凝土桩林具有良好的抗冲击性能,在较小的塑性变形下,结构承受较大的冲击力,且受撞击构件刚度越大,冲击力峰值越大;桩管和梁管的连接部位、桩管根部和端部受约束梁管是坝体的薄弱部位,因此设计时应采取加强措施。[结论]钢管混凝土桩林是一种节约材料稳定性较好的拦挡结构,具有良好的抗冲击性能。     

轮式刚柔耦合减损玉米摘穗割台的设计与参数优化

为解决玉米收获机械摘穗割台籽粒损失率高的问题,该文提出利用刚柔耦合原理进行割台减损的方法。通过对摘穗过程中的果穗和籽粒进行受力分析,理论计算果穗的碰撞过程,确定改变摘穗接触部件的结构和材料,以降低籽粒损失;设计了轮式刚柔耦合减损摘穗装置,对摘穗轮进行了受力分析,依据受力分析结果及尺寸边界条件确定了摘穗轮、支架及缓冲弹簧的结构尺寸;在拉茎辊转速、摘穗轮半径、柔性体厚度三因素下,进行了三因素三水平Box-Behnken响应曲面分析法的试验设计;通过试验建立了籽粒损失率与三因素的回归数学模型,确定轮式刚柔耦合摘穗机构最优参数为:拉茎辊转速700 r/min,摘穗轮半径15 mm,柔性体厚度4 mm;在籽粒含水率为21.8%、16.7%和13.4%下,进行了轮式刚柔耦合摘穗机构和板式摘穗机构的对比试验,籽粒损失率分别降低了53.4%、48.6%和47.0%。该研究为改进玉米收获机械割台提供了理论依据和设计参考。     

拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响

拖拉机长年行驶在田间和路况较差的农村土路上,且减振装置简陋,其振动尤为剧烈。为降低拖拉机的振动,以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,建立了前桥悬架拖拉机三自由度振动模型,以机身垂向振动加速度、机身俯仰振动角加速度、座椅安装处垂向振动加速度、前后轮动载荷以及前桥悬架动挠度作为评价指标,对前桥悬架刚度和阻尼系数进行了优化匹配,得到了前桥悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值(120 000 N/m、8 000 N·s/m)。计算并比较了安装前桥悬架拖拉机和无悬架拖拉机的振动特性。当拖拉机以3~18 km/h行驶速度在国标D级路面上行驶时,安装前桥悬架拖拉机的机身垂向振动加速度均方根值和俯仰振动角加速度均方根值平均下降24.03%和42.46%;座椅安装处垂向振动加速度均方根值平均下降29.77%;前轮动载荷平均下降21.72%。研究结果表明,拖拉机前桥悬架对提高拖拉机的乘坐舒适性和行驶安全性具有显著作用。该研究结果为拖拉机前桥悬架的设计及优化提供了参考。     

多种载荷作用下H型垂直轴风力机叶片的结构优化

为改善时变载荷下H型垂直轴风力机叶片的结构性能,通过FSI映射准确、实时地提取气动力并进行多种荷载耦合作用时的多目标结构优化设计。分别应用解析法和有限元法求解构件弯曲变形的应力分量与强度比,比较计算结果验证有限元分析过程的正确性。将坐标旋转变换和缩放横纵坐标系数相结合进行NACA0021翼型尾缘改型,并使翼型中弧线位于风轮圆周上,获得有弯度的尖尾缘翼型NACA0021SC。利用APDL语言建立新翼型叶片的参数化模型,采用FLUENT软件计算其表面实时压力分布,基于FSI映射方法获得气动力。以叶片的质量最小同时层合板强度比最大为设计目标,利用惯性权重余弦自适应和学习因子动态调整改进粒子群算法,进行重力、离心力、气动力共同作用下叶片结构的多目标优化。结果表明:单叶片在各方位角下优化后,质量分别减小13.70%,11.85%,8.09%和9.60%,最大位移、最大应力、最大应变和强度比倒数的最大降幅为9.34%、20.71%、23.77%、9.38%;风轮优化后,质量、最大位移、最大应力、最大应变和强度比倒数最大值减小7.51%、1.90%、8.50%、20.20%和16.11%。研究结论可为风力机叶片在考虑时变载荷影响下的结构优化设计提供指导。     

水田作业工况的拖拉机振动特性

为研究拖拉机在水田工况下的振动特性。该文采用轮胎滚动法测取南京江浦农场水田硬底层纵断面空间函数,对数据进行自相关性检验,分析硬底层垂直位移功率谱密度;以CF700型拖拉机(常发集团)为研究对象,基于轮胎-湿软水田土壤系统,建立水田工况下拖拉机三自由度振动微分方程和仿真模型,以水田硬底层纵断面时间函数为输入矢量,对拖拉机振动特性进行仿真研究,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。结果表明,水田硬底层高程具有统计相关性,其不平度系数Gx(0.1)=316.7×10-6 m3,拟合指数w=-1.651;试验所得拖拉机前桥、后桥及座椅椅面垂向振动频率分别是2.91、3.6及2.5 Hz,与仿真结果相对误差分别为19.9%、7.2%、16.0%。以上结果为面向水田作业的拖拉机振动研究提供路面参考模型,验证了水田工况下拖拉机三自由度平面振动模型的有效性,为拖拉机减振系统的参数设计提供理论依据。