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。     

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。     

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。     

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。     

玉米根茬收获系统的有限元模态分析与试验

针对研制的集铲挖和脱土于一体的玉米根茬收获系统,为进一步优化该系统的作业性能,采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的研究方法,获得了该系统的前20阶的固有频率,以及各主要工作部件的典型振型。研究结果表明：系统的1～4阶（8.5～29.6?Hz）模态主要表现为升运链的整体弯振;5～14（44.1～124?Hz）阶模态表现为各主要功能部件的横梁及主轴的弯曲、扭转振动;15～20阶模态（135～190?Hz）则主要表现为各功能部件的末端振颤,上述系统模态属性,可为系统结构振动特性的描述及整机作业性能的优化提供依据。     

玉米起茬机构的强度及振动特性分析与试验

玉米地膜污染治理中,玉米根茬较大、根系中大量气生根与地膜穿插在一起,致使玉米地膜回收较为困难,该文设计采用圆盘式起茬机构将玉米根茬起出,进行地膜回收,可有效解决玉米大根茬影响地膜回收的问题。但在双圆盘起茬过程中,田间地面不平引起的随机激励和圆盘刀等激励产生的振动频率接近起茬机构固有频率时,将引起共振加速,影响整机结构动态特性与可靠性。采用振动测试与模态分析方法,分析起茬机构田间振动特性,避免机构的共振影响起茬工作。首先,进行模态分析,提取机构固有频率与振型;其次,通过整机田间动态信号测试,进行动态数据采集分析,每个测点的振动响应进行快速傅里叶变换的频谱分析,测点位置的主要振动频率为19.53 Hz,与模态分析的一阶固有频率38.176 Hz相差较大,不在同一频率范围内,机构不会产生共振现象发生。根据胡克定律在一定的比例极限范围内应力与应变成线性比例关系,对田间动态数据进行计算得到机构的受力情况,计算受力最大处的测点4应力为227.94 MPa,小于普通炭钢的屈服强度为235 MPa,满足强度要求。该研究可避免起茬装置的共振发生,可为农机装备的振动特性分析与强度设计提供参考。     

多缸柴油机机体试验模态研究

用试验模态分析方法确定了CZ480柴油机机体各阶振动频率，运用动态分析软件对机体在各阶振动频率下的变形进行了计算。结果表明：第一、四阶模态的振型以机体的扭转振动为主要特征；第二、三、五、六阶模态以机体弯曲、弯曲与扭转相结合振动为主要振型特征，这几阶振型对发动机的正常工作影响较大。振动频率较高时，在机体的上部(即活塞在缸套内的运动位置处)平面会产生沿机体轴向的振动，表现为椭圆振型特征。机体在该处的振动变形会导致气缸漏气、窜机油等现象，也是产生拉缸的主要因素之一。     

油菜机械直播铲锹式种床整备机振动特性分析与结构改进

针对油菜机械直播铲锹式种床整备机作业时机组振动大,易导致关键零部件磨损、降低整机可靠性的问题,该研究利用Coco-80动态信号测试分析系统对机组在怠速和田间作业工况下的振动加速度进行测试,采用时域和频域分析相结合的方法,确定了两种工况下不同位置测点的振动加速度大小及机组主要激振源,并以此为依据提出了通过优化曲柄相位角排列方式降低整机所受合惯性力、合惯性力矩,减小铲锹式种床整备机振动的方案。进一步地,基于质量代换法建立了整机共10组曲柄摇杆机构的惯性力、惯性力矩受力模型,运用MATLAB软件分析得出整机受到合惯性力、合惯性力矩最小的曲柄相位角排列方式,在此排列方式下,整机合惯性力基本平衡,绕x、y轴的合惯性力矩绝对值均值分别降低了37.40%、30.09%。对改进后的机组在振动较大处采集加速度时域信号,与改进前相比,测点振动总量在怠速和田间作业工况下分别降低了36.42%、31.97%。该研究可为基于平面连杆机构群的农业机械减振研究提供参考。     

基于有限元方法的整形果树振动收获机理分析

为提升振动式采收机械的设计效率,该文在分析常见振动收获机工作机理的基础上,建立了3种典型整形果树实体模型,利用有限元方法得到其在1~50 Hz低频范围内的固有频率和模态振型,并进行了振动响应特性仿真试验。结果表明,整形果树固有频率和模态振型受果树形态影响较大,3种典型整形果树的低阶固有频率主要集中在7~11阶范围,分别在13.5、12.0和7.5 Hz时振动响应最为剧烈,且一致性较好;同时,不同加载方式对于整形果树振动响应特性具有较大影响,其中双体多向加载较为适合于纺锤形果树,而单体回旋型加载则更适合于自然开心型和直立平面形果树。该方法可为不同类型整形果树振动式收获机械的设计提供参考。     

履带式全喂入水稻联合收获机振动测试与分析

针对国产履带式全喂入水稻联合收获机整机振动大、无故障工作时间短、可靠性差等问题,以沃得巨龙280型联合收获机为研究对象,在发动机空载、整机空载和田间收获等5种工况下,采用DH5902动态信号分析系统对整机多点振动情况进行了测试与分析,得到了8个测点的时域特性和频谱特性的分布规律。试验结果表明:发动机的上下振动、振动筛的前后运动和切割器的左右运动是形成水稻联合收获机整机振动的主要原因,而输送槽、风机和脱粒滚筒等部件的回转运动为次要原因。整机全油门空载工况下发动机引起的振动频率为71.78 Hz,振动筛、切割器、风机、脱粒滚筒I和脱粒滚筒II引起的激振频率分别为6.35、8.79、19.04、12.70和23.44 Hz,驾驶座椅的减振结构需进一步优化。研究结果为改善履带式全喂入水稻联合收获机的驾驶舒适性,提高其工作可靠性提供参考。     

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。     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

Data-SSI与图论聚类结合识别果树固有频率

果树的固有频率是林果振动采收机械设计的重要依据之一。为有效识别果树的固有频率,该研究提出了基于数据驱动随机子空间Data-SSI（Data-driven Stochastic Subspace Identification）法与图论聚类稳定图相结合、仅以果树的输出响应信号对果树进行固有频率识别的方法,以尽量减少人为主观因素的影响。将该方法用于一棵室内小型银杏树和一棵室外较大银杏树固有频率的识别并与冲击力锤频谱测试结果进行对比分析。结果表明,室内小型果树在随机激励下本文方法识别结果与频谱试验结果相对误差小于4.17%;室外大型果树在环境激励下所提方法识别结果与频谱试验结果平均相对误差为2.88%,最大相对误差为6.02%。本文方法对仅基于输出响应信号的果树固有频率识别具有一定可行性,可为果树智能化共振采收时快速准确确定共振频率提供参考。     

有序抛秧振动输送机构的模态分析与试验研究

该文提出了一种有序抛秧机的振动输送机构,通过分析,建立了振动输送机构的有限元模型,用有限元分析软件进行了模态分析计算,并进行了模态试验,仿真计算结果与试验基本一致。通过模态分析,对振动输送机构进行优化设计,振动输送频率可取小于19.12 Hz的值,为防止振动板面的局部振动过大对钵苗输送与分秧的影响,通过改变振动输送板的参数使振动板其它几阶固有频率远离其第一阶固有频率,使振动输送机构达到均匀输送和分秧。     

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。