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履带式联合收获机底盘机架多目标优化设计

农机化研究 2023年第2期45卷 36-43页

作者：朱荣金李耀明徐立章刘炀江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室江苏镇江212013

联合收获机底盘机架是整机的主体支撑结构,其质量直接影响收获机的作业性能。为此,以某履带式联合收获机底盘机架作为研究对象,在保证其刚度、强度的前提下对其进行轻量化研究。通过采用有限元分析软件Ansys Workbench建立底盘机架的有... 详细信息

联合收获机底盘机架是整机的主体支撑结构,其质量直接影响收获机的作业性能。为此,以某履带式联合收获机底盘机架作为研究对象,在保证其刚度、强度的前提下对其进行轻量化研究。通过采用有限元分析软件Ansys Workbench建立底盘机架的有限元模型,对其进行模态分析和4种不同工况下的有限元分析;然后,以底盘机架梁的厚度为设计变量,结合空间填充设计(Optimal Space-filling Design)设计方法以及Kriging近似模型模拟计得出设计变量之间的响应关系;最后,综合考虑机架质量、最大应力、最大位移等性能指标,利用遗传算法对底盘机架进行了多目标优化。结果表明:联合收获机底盘机架质量减少24.98kg,且机架的强度、最大应力、最大形变均满足设计要求,获得较好的优化效果,为联合收获机底盘机架的结构优化与设计提供参考。

关键词：联合收获机底盘机架有限元分析遗传算法多目标优化

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油茶深松机底盘机架力学特性研究

油茶深松机底盘机架力学特性研究

作者：孟子锐中南林业科技大学

学位级别：硕士

油茶深松机主要工作环境为山地丘陵地带,工作环境复杂,受力情况多变。其中底盘机架作为连接履带式底盘及底盘传动系的关键部件,需保证其工作可靠性。本文针对油茶深松机底盘机架典型工况进行研究分析,详尽分析底盘机架在动载荷状态下,... 详细信息

油茶深松机主要工作环境为山地丘陵地带,工作环境复杂,受力情况多变。其中底盘机架作为连接履带式底盘及底盘传动系的关键部件,需保证其工作可靠性。本文针对油茶深松机底盘机架典型工况进行研究分析,详尽分析底盘机架在动载荷状态下,底盘机架的力学特性和振动特性。在保证底盘机架强度刚度的前提下,对底盘机架进行轻量化设计,具体研究内容如下:(1)对影响油茶深松机底盘机架的两种典型工况——行驶工况、深松工况的受力情况做理论分析。针对典型工况分别作了详细的受力分析和推导,将各部件的载荷通过推导至底盘机架。建立对应受力平衡方程组,根据方程组,求得各工况下底盘机架具体受力情况。(2)利用ANSYS中Lsyna模块对单个深松刀具旋土过程进行动力学仿真分析,得到在旋土过程中单个深松刀具在垂直地面方向受到的土壤阻力平均值为1286.4N。根据分析结果,确定在深松工作头入土瞬间底盘机架具体受力情况。(3)在Inventor中建立了深松机底盘机架的参数化实体模型,并将模型导入到ANSYS Workbench中建立了有限元模型。对底盘机架进行模态分析,得到机架的前6阶固有频率和振型,并对前六阶振型做出简要分析,通过比对底盘机架前六阶固有频率与外部激振频率,得知底盘机架前六阶固有频率最低为65.4Hz,外部激振频率为3-47Hz,底盘机架固有频率能够避开外部激振频率,表明底盘机架能够有效避免共振现象发生。(4)根据各工况下底盘机架具体受力情况,将这些载荷和约束施加到机架的有限元模型上。据此做了典型工况下机架的强度和刚度分析,得出应力和变形云图,底盘机架在深松行驶工况下应力最大,应力最大点出现在机架底部发动机托横梁处,其最大应力值为146.2MPa,现有结构可以满足工作需求,并且有优化的潜力。对底盘机架进行应力试验,根据实验结果与仿真结果进行比对,实验与仿真最大误差在20%内,可以验证本次所建立的有限元模型的准确性,说明本次有限元分析具有一定可靠性,本次有限元模型可作为下一步优化参数化模型。(5)根据梁单元建模的特点,得到了底盘机架构件壁厚变化对固有频率、最大应力和质量的灵敏度表达式。轻量化后的新机架与原结构相比,在保证底盘机架强度刚度的前提下,底盘机架最大应力减小10.7MPa,底盘机架减重16.2%,达到底盘机架轻量化设计目标。

关键词：深松机底盘机架受力分析动力学仿真优化设计

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联合收获机底盘机架有限元模态分析与试验

农业工程学报 2013年第3期29卷 38-46,F0002页

作者：李耀明孙朋朋庞靖徐立章江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室镇江212013

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... 详细信息

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。

关键词：联合收获机模态试验优化设计底盘机架模态分析

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旋挖钻机底盘机架有限元分析及优化设计

旋挖钻机底盘机架有限元分析及优化设计

作者：杨鑫晶长安大学

学位级别：硕士

旋挖钻机是当前主流的桩工机械,具有成孔速度快、成桩质量高等优点。旋挖钻机发展迅速,对旋挖钻机的研究已经成为工程机械研究领域一个重要的分支。本文针对旋挖钻机底盘机架做了相关研究分析,旨在对旋挖钻机的发展起到促进作用。本文... 详细信息

旋挖钻机是当前主流的桩工机械,具有成孔速度快、成桩质量高等优点。旋挖钻机发展迅速,对旋挖钻机的研究已经成为工程机械研究领域一个重要的分支。本文针对旋挖钻机底盘机架做了相关研究分析,旨在对旋挖钻机的发展起到促进作用。本文从理论研究出发,对旋挖钻机的两种典型工况——提钻工况和钻进工况进行了载荷分析。载荷通过钻桅、三脚架、变幅机构、动臂、回转平台传递到底盘机架,底盘机架承受整个车辆作用的所有载荷。根据载荷分析结果,分工况对以上传递载荷的部件做了受力分析,建立两种典型工况的数学模型。通过不同工况时的参数,分析底盘机架在不同工况下的受力情况。借助三维建模软件Pro/E建立了底盘机架的三维模型,并导入到有限元软件ANSYS Workbench中,根据有限元理论划分了网格完成有限元建模过程。运用Modal模块,对机架做了模态分析,得到机架前6阶固有频率和振型,根据固有频率和振型图对机架动态性能做了简要分析。将不同工况的载荷和约束分别施加至模型进行静力学仿真分析,得到不同工况下机架的应力、应变、位移、安全系数云图。根据云图,可以看出最远变幅最大提钻工况的应力、应变、位移最大,安全系数最低,是机架最危险的工况。同时发现,机架在满足目前所有工况使用要求的前提下,仍有优化空间。然后运用ANSYS Workbench的Design Explorer模块,对机架结构进行了以板厚为设计变量,以减轻自重为目标的优化设计,通过优化,将底盘机架的重量减少了6.75%。

关键词：旋挖钻机底盘机架模态分析优化设计

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高地隙喷杆喷雾机自走式底盘机架的设计研究

高地隙喷杆喷雾机自走式底盘机架的设计研究

作者：许超石河子大学

学位级别：硕士

自走式底盘机架是高地隙喷杆喷雾机的核心部件,其结构决定了喷雾机的离地间隙,同时影响喷雾机在玉米田间的通过性能,高地隙喷杆喷雾机的主要零部件安装于自走式底盘机架上部,底盘机架是车辆重要工作载荷的承受部件。本文主要依据新疆地... 详细信息

自走式底盘机架是高地隙喷杆喷雾机的核心部件,其结构决定了喷雾机的离地间隙,同时影响喷雾机在玉米田间的通过性能,高地隙喷杆喷雾机的主要零部件安装于自走式底盘机架上部,底盘机架是车辆重要工作载荷的承受部件。本文主要依据新疆地区玉米的种植模式对自走式底盘机架进行结构设计,建立其三维模型,并利用有限元分析软件对其进行静态特性和动态特性的分析,主要分析自走式底盘机架在四种常见作业工况下的静态强度和刚度,分析自走式底盘机架的自由模态,以免发生高阶振型的叠加,避免发生共振现象,同时理论分析自走式底盘机架结构对高地隙喷雾机稳定性的影响,并利用软件仿真不同状态下底盘机架的稳定性以验证自走式底盘机架结构的合理性,主要工作及成果如下:结合我国玉米种植情况,对新疆地区玉米种植模式和生长特点以及病虫害的发生规律进行调研,确定玉米种植模式400mm+600mm、300mm+600mm以及900mm+300mm。根据高地隙喷杆喷雾机整机的设计要求,确定了高地隙喷杆喷雾机自走式底盘机架的设计方案。根据高地隙喷杆喷雾机自走式底盘机架的设计方案,对自走式底盘机架进行总体结构设计,包括前轮转向支撑立柱、底盘平衡装置以及后轮支撑立柱等关键零部件的工作原理和结构组成,并在Solid Works软件中建立自走式底盘机架三维模型。对水平弯曲、极限扭转、转弯和制动四种典型的工况下底盘机架进行了静态特性分析,极限扭转状态下机架受到最大应力138.41MPa,最大变形尺寸为5.33mm,结果表明自走式底盘机架的强度和刚度满足材料的屈服极限要求;利用有限元软件对自走式底盘机架进行了模态分析,自走式底盘机架的前十阶固有频率在51Hz之间并且振型比较光滑,自走式底盘机架的常见激励频率范围为35Hz,保证自走式底盘机架的前几阶的低阶振型在常见的激励频率范围内,避免了发生共振现象的发生。研究了自走式底盘机架对高地隙喷杆喷雾机稳定性的影响,理论分析了喷雾机的横向稳定性和纵向稳定性,利用ADAMS软件模拟了喷雾机满载、偏载、空载三种状态下自走式底盘机架发生横向侧翻的极限角度分别为35°、23°和45°,并进行了样机制造和试验验证,确定自走式底盘机架的结构设计参数所决定的喷雾机横向侧翻的稳定性能够达到要求。

关键词：高地隙自走式喷雾机底盘机架静态特性模态分析

5kg/s喂入量履带式水稻联合收割机底盘机架轻量化设计研究

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5kg/s喂入量履带式水稻联合收割机底盘机架轻量化设计研究

作者：朱荣金江苏大学

学位级别：硕士

近年来,随着能源危机和环境保护的双重压力,轻量化设计在工程机械领域中已得到广泛应用。但作为使用农业装备的大国,我国的农业机械的轻量化设计才刚刚开始。当前,我国的农业机械化进程正在不断向前推进,尤其是履带式联合收割机得到了... 详细信息

近年来,随着能源危机和环境保护的双重压力,轻量化设计在工程机械领域中已得到广泛应用。但作为使用农业装备的大国,我国的农业机械的轻量化设计才刚刚开始。当前,我国的农业机械化进程正在不断向前推进,尤其是履带式联合收割机得到了较快的发展。农业机械底盘作为联合收割机的核心支撑部件,它承载了割台、输送槽、驾驶室、底盘机架、履带、发动机、脱粒清选装置、粮箱等主要工作部件。此外,底盘机架还需承受在田间作业时路面与外部载荷的冲击,因此底盘机架的重量和性能参数对收割机有着至关重要的影响。当前农业机械底盘设计多数仍按传统经验为主,机架结构的强度仍存在较大的优化空间,因此对农业机械底盘机架进行轻量化设计具有较高的现实意义。为解决5kg/s喂入量履带式水稻联合收割机底盘机架偏重的问题,本文将以该底盘机架作为实际研究对象,在保证机架整体的强度、刚度和动态特性的前提下,通过使用轻质材料和先进的优化算法对其进行整体的轻量化优化设计。主要研究内容有:（1）建立水稻联合收割机底盘机架的三维模型,并对模型进行简化处理。处理后对模型进行网格属性的划分、材料属性的赋予、载荷和边界条件的添加等有限元分析前处理。根据收割机田间作业的四种经典工况（弯曲、扭转、制动、急转弯）分别添加对应的约束条件,求解出底盘机架的最大应力、位移云图,并进行机架强度、刚度的分析与验证。（2）通过有限元软件对底盘机架进行无约束模态仿真分析,得出底盘机架的前6阶非刚性位移的模态振型和固有频率。将机架的低阶固有频率和机架的发动机和路面的激振频率进行分析比较,验证机架结构的合理与稳定性。采用力锤、DH5902数据采集仪和DHDAS动态信号分析系统对底盘机架开展动态模态试验测试,测出机架的试验模态参数。将仿真结果和模态试验结果进行分析对比,验证机架的动态特性和有限元分析的合理性。（3）采用拓扑优化对机架进行形状优化设计,将保留机架原质量85%作为前置条件,对机架进行拓扑优化计算,经过多次迭代计算求解出底盘机架多余的材料分布区域。在材料冗余位置分别采用减重孔设计、机架梁截面优化设计和局部支撑优化设计对底盘机架进行结构优化。将优化后的底盘机架分别进行强度、刚度和模态特性分析验证,检验优化后的机架设计合理性。（4）将结构优化后的底盘机架作为研究对象,首先进行材料工艺优化,并对优化后的机架矩形梁的截面厚度采用基于遗传算法的多目标轻量化设计。以机架的质量、最大应力、最大位移作为设计目标,对机架梁进行灵敏度筛选,再选用空间填充设计试验方法,利用Kriging近似模型对底盘机架的矩形梁的厚度进行最佳优化求解。将优化结果重新建模分析,验证多目标优化后底盘机架的强度、刚度性能和模态特性,最终验证底盘机架轻量化效果。

关键词：底盘机架有限元分析模态分析遗传算法轻量化设计

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丘陵地区水稻收割机底盘机架模态分析

现代农业装备 2019年第2期40卷 37-42页

作者：王斌斌陈镖钟朝鸷林伟腾卢伟源广东省现代农业装备研究所广州510630 华南农业大学工程学院广州510642 广东弘科农业机械研究开发有限公司广州510630

本文以丘陵地区水稻收割机为研究对象,对收割机底盘机架做有限元分析,得到底盘的固有频率、振型和受力分析,通过Solidworks附带的Simulation模块进行模态分析,利用模态分析技术得到工作装置的各阶模态频率、模态特性和受力分析,研究底... 详细信息

本文以丘陵地区水稻收割机为研究对象,对收割机底盘机架做有限元分析,得到底盘的固有频率、振型和受力分析,通过Solidworks附带的Simulation模块进行模态分析,利用模态分析技术得到工作装置的各阶模态频率、模态特性和受力分析,研究底盘机架模态振型与振动之间关系,分析该底盘机架是否能够避开共振,结果证明该结构可以避免外部激励发生共振,研究应力和应变关系,进而验证所设计的底盘机架合理性。

关键词：水稻收割机底盘机架模态分析共振