小型甘蔗收获机车架拓扑优化与试验

作     者：赖晓 曾邦 李尚平 莫瀚宁 何桂庆 曹铂潇 Lai Xiao;Zeng Bang;Li Shangping;Mo Hanning;He Guiqing;Cao Boxiao

作者机构：广西大学机械工程学院南宁市530004 广西民族大学电子信息学院南宁市530006 广西大学轻工与食品工程学院南宁市530004 梧州学院机械与材料工程学院广西梧州543000 

出 版 物：《中国农机化学报》 (Journal of Chinese Agricultural Mechanization)

年 卷 期：2022年第43卷第7期

页      面：90-97页

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

基　　金：广西自然科学基金项目(2016GXNSFBA380243) 广西制造系统与先进制造技术重点试验室项目(桂科能07109008_021_K) 广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY17008) 梧州学院校级科研项目重点项目(2020B003) 

主　　题：小型甘蔗收获机 车架 模态分析 拓扑优化 

摘      要：为提高小型甘蔗收获机的结构刚度,避免共振的发生,同时满足轻量化的需求,对其车架进行多目标多水平拓扑优化。首先建立小型甘蔗收获机车架的三维模型与有限元模型,通过模态试验验证有限元模态的准确性。其次对车架进行静力学分析,并分别以最小柔度和最大动态刚度为目标进行拓扑优化,对优化的模型进行筛选后,再通过静力学分析校验优化结构的安全性。最后,根据优化后的模型加工出实物并进行动态性能测试。通过传递函数测试与振动试验的结果可得:以静力学为目标优化的车架,第一阶频率提高0.1 Hz、峰值频率得到略微改善,并且质量降低10.6%,各频率段的振幅均大于优化前的车架;以侧向支承梁优化的车架,第一阶频率降低0.3 Hz,质量降低21.77%,峰值频率得到轻微改善,1~3 Hz下的振幅略小于原车架;而以动力学为目标优化的车架,第一阶频率提高0.9 Hz,传递函数各项指标均降低,各频率段的振幅均小于优化前的车架,车架质量减少12%,充分达到预期目标,实现车架板梁结构的轻量化和动态特性提升。由验证模态试验得知:三种方式优化后的车架,各阶频率均避开发动机激励以及其他主要激励的频率范围。