李興凱,韓正晟,戴飛,魏麗娟,高愛(ài)民
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)
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小區(qū)小麥育種收獲機(jī)機(jī)架模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
李興凱,韓正晟,戴飛,魏麗娟,高愛(ài)民
(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,甘肅 蘭州730070)
摘要:【目的】減小小區(qū)小麥育種收獲機(jī)工作過(guò)程中的振動(dòng)對(duì)其作業(yè)可靠性、育種試驗(yàn)結(jié)果測(cè)定產(chǎn)生干擾.【方法】 利用Solidworks軟件對(duì)育種收獲機(jī)機(jī)架進(jìn)行參數(shù)化建模,結(jié)合有限元分析軟件ANSYS Workbench提取出機(jī)架的前10階固有頻率和模態(tài)振型,在對(duì)比分析外部激振頻率與機(jī)架固有頻率特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,找出引起機(jī)架共振的環(huán)節(jié),并對(duì)機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以避免共振現(xiàn)象的發(fā)生.【結(jié)果】 當(dāng)機(jī)架橫梁厚度由3.0 mm減為2.6 mm,豎梁厚度由3.0 mm減為2.8 mm,圓桿直徑由25 mm減為21 mm,板件厚度(包括側(cè)板和底板)由1.5 mm減為1.1 mm后,優(yōu)化機(jī)架的固有頻率均有效避開(kāi)了收獲機(jī)各外部激振頻率范圍.【結(jié)論】 該研究可以為小區(qū)育種收獲機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考.
關(guān)鍵詞:小區(qū)小麥育種收獲機(jī);模態(tài)分析;機(jī)架;外部激振;結(jié)構(gòu)優(yōu)化
育種是人類糧食安全保障的必要手段,對(duì)農(nóng)作物的增收具有重要意義.田間育種的收獲更是保證育種試驗(yàn)結(jié)果的重要環(huán)節(jié)[1-2].小區(qū)小麥育種收獲機(jī)是實(shí)現(xiàn)田間育種收獲的主要機(jī)具,收獲機(jī)作業(yè)時(shí),其底盤(pán)機(jī)架會(huì)受到來(lái)自田間地面、割刀、撥禾輪、發(fā)動(dòng)機(jī)、脫粒分離裝置及清選系統(tǒng)等產(chǎn)生的動(dòng)載荷,當(dāng)所受動(dòng)載荷的頻率與機(jī)架的某階固有頻率接近時(shí),將引起整機(jī)發(fā)生共振,嚴(yán)重影響收獲機(jī)的工作性能、使用壽命與可靠性[3-5].因此,有必要對(duì)小區(qū)小麥育種收獲機(jī)機(jī)架進(jìn)行模態(tài)分析,較全面的了解其動(dòng)態(tài)特性,防止與外部激振頻率一致而發(fā)生共振.
本文擬利用三維建模軟件Solidworks對(duì)小區(qū)小麥育種收獲機(jī)機(jī)架進(jìn)行參數(shù)化建模,然后導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS Workbench中對(duì)機(jī)架模態(tài)進(jìn)行求解,提取出機(jī)架的前10階固有頻率和模態(tài)陣型.在對(duì)比分析機(jī)架固有頻率與外部激振頻率特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,找出引起機(jī)架共振的部件,提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,有效避開(kāi)外部激振頻率,以期改善小區(qū)小麥?zhǔn)斋@機(jī)工作時(shí)的整機(jī)動(dòng)態(tài)性能,保證育種試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性.
1模態(tài)分析
1.1有限元模型建立
小區(qū)小麥育種收獲機(jī)機(jī)架是由矩形管型材、圓柱形桿和板件以焊接的方式剛性連接而成,機(jī)架外形尺寸為1 923 mm×860 mm×803 mm,整體結(jié)構(gòu)由前、中、后3個(gè)部分構(gòu)成,前半部分是機(jī)架割臺(tái)部分,支撐著撥禾輪、喂入絞龍以及往復(fù)式割刀擺動(dòng)機(jī)構(gòu);中間部分是收獲機(jī)的主要承載部位,連接著發(fā)動(dòng)機(jī)、脫粒裝置、分離清選裝置、接糧箱及其它輔助部件;后半部分為人工操作部分.
模型的正確建立是結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ),模型的好壞會(huì)直接影響有限元分析結(jié)果.由于該育種收獲機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,有限元建模相對(duì)繁瑣.因此,本文利用Solidworks軟件對(duì)機(jī)架進(jìn)行參數(shù)化建模,避免大量重復(fù)過(guò)程,同時(shí)可在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì).為了提高模態(tài)分析的運(yùn)算速度,對(duì)模型進(jìn)行如下簡(jiǎn)化處理[6-7]:機(jī)架材料被認(rèn)為是各向同性的,密度分布均勻,且焊接對(duì)機(jī)架整體性能的影響可忽略不計(jì),將焊縫和各部件看作一個(gè)整體;機(jī)架縱橫梁上的裝配用孔均忽略不計(jì).簡(jiǎn)化后的機(jī)架模型如圖1所示.
圖1 小區(qū)小麥育種收獲機(jī)機(jī)架三維圖Fig.1 The three-dimensional map of frame of plot wheat breeding harvester
1.2網(wǎng)格劃分
將Solidworks建立的機(jī)架模型導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS Workbench中,并對(duì)其進(jìn)行幾何特征量賦值,設(shè)定機(jī)架材料為Q235結(jié)構(gòu)鋼,材料參數(shù)如下:彈性模量為210 GPa,密度為7 850 kg/m3,泊松比為0.3,屈服極限為235 MPa.ANSYS Workbench中的網(wǎng)格劃分平臺(tái)Meshing可以根據(jù)不同的物理場(chǎng)選擇相應(yīng)的網(wǎng)格劃分方法,本文選用提供動(dòng)力學(xué)分析的Explicit參照類型.網(wǎng)格的準(zhǔn)確劃分直接影響計(jì)算結(jié)果的精度,Workbench中的Patch Conforming能夠?qū)崿F(xiàn)與三維CAD/CAM軟件建立實(shí)體模型的無(wú)縫連接,利用此生成功能進(jìn)行網(wǎng)格劃分[8].經(jīng)網(wǎng)格劃分后,機(jī)架的有限元模型如圖2所示,整個(gè)模型單元數(shù)為34 501,節(jié)點(diǎn)數(shù)為65 606.
圖2 機(jī)架的有限元模型Fig.2 The finite element model of the frame
1.3施加約束與求解
根據(jù)機(jī)架與相關(guān)部件的裝配方式和工作條件,對(duì)機(jī)架添加約束的位置有2處:操作者在控制收獲機(jī)作業(yè)時(shí),為了保證小麥割茬的平整性,對(duì)操縱桿施加一定約束,由于模態(tài)分析過(guò)程忽略施加的外載荷,故在分析時(shí)操縱桿末端被視為添加固定約束;地輪行走裝置除了支撐整個(gè)機(jī)體外,在工作過(guò)程中還約束了機(jī)架的上下及左右運(yùn)動(dòng).由于模態(tài)分析的是無(wú)阻尼自由振動(dòng),因此不需要添加其它的外載荷.在ANSYS中,有多種模態(tài)求解方法,包括Subspace法、Block Lanczos法、Power Dynamics法、Reduced法、Unsymmetric法、Damped法[9],本文選取通過(guò)稀疏矩陣實(shí)現(xiàn)遞歸計(jì)算的Block Lanczos求解法,其模態(tài)提取更有效,計(jì)算速度更快.
1.4模態(tài)計(jì)算
機(jī)架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性決定了機(jī)架在承受動(dòng)載荷時(shí)的作業(yè)性能,對(duì)機(jī)架進(jìn)行模態(tài)分析可得到固有頻率、對(duì)應(yīng)的頻率階數(shù)圖以及振型云圖等結(jié)果.由于低階振動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性影響較大,且結(jié)合育種收獲機(jī)實(shí)際工作情況,提取非0的前10階模態(tài)頻率和振型分析即可,機(jī)架的固有頻率和主振型見(jiàn)表1,相對(duì)應(yīng)的階數(shù)圖見(jiàn)圖3,模態(tài)振型云圖見(jiàn)圖4.
1.5振動(dòng)特性分析
由機(jī)架前10階模態(tài)振型云圖可以看出(圖4),機(jī)架的前10階固有頻率范圍在16.598~72.614 Hz之間,變形主要表現(xiàn)為擺動(dòng)、彎曲和扭轉(zhuǎn),這對(duì)機(jī)架的剛度和強(qiáng)度有很大影響,降低收獲機(jī)作業(yè)的可靠性.由圖3可以看出,雖然頻率值是依次遞增的,但沒(méi)有一定的規(guī)律性,體現(xiàn)了模態(tài)分析無(wú)阻尼振動(dòng)的隨機(jī)性.
表1 前10階固有頻率及振型
圖3 機(jī)架模態(tài)固有頻率和階數(shù)Fig.3 The frequencies and order figure of the frame
A:1階振型(16.598 Hz);B:2階振型(19.914 Hz);C:3階振型(29.955 Hz);D:4階振型(32.63 Hz);E:5階振型(42.967 Hz);F:6階振型(44.107 Hz);G:7階振型(47.353 Hz);H:8階振型(53.435 Hz);I:9階振型(67.58 Hz);J:10階振型(72.614 Hz).圖4 前10階模態(tài)振型Fig.4 The first ten modes
模態(tài)分析的結(jié)果還包括每階階數(shù)的振動(dòng)動(dòng)畫(huà),它能更準(zhǔn)確地反應(yīng)出機(jī)架各階模態(tài)振型變化.結(jié)合圖4(模態(tài)振型云圖)和振動(dòng)動(dòng)畫(huà)可以得出:在不同的階數(shù)下,機(jī)架會(huì)表現(xiàn)出不同的振型.前2階機(jī)架并沒(méi)有出現(xiàn)整體變形,只是割臺(tái)兩側(cè)上支架沿z方向發(fā)生左右擺動(dòng),振動(dòng)幅度較大,但并沒(méi)有達(dá)到最大振幅;從第3階開(kāi)始,振動(dòng)變形延伸到整個(gè)機(jī)架框架中,第3階表現(xiàn)為機(jī)架右側(cè)繞x軸的彎曲振動(dòng),振幅較小,第4階主要表現(xiàn)為機(jī)架左側(cè)沿z方向的左右擺動(dòng),第5階表現(xiàn)為機(jī)架沿z方向的左右擺動(dòng);在第6階處,變形延伸表現(xiàn)地最顯著,整個(gè)機(jī)架均出現(xiàn)晃動(dòng),頻率達(dá)到44.107 Hz;在第8階處,模態(tài)變化又轉(zhuǎn)變?yōu)榫植孔冃?,主要表現(xiàn)為割臺(tái)底板的強(qiáng)烈振動(dòng);在第10階處,變形只發(fā)生在機(jī)架前下部與下割刀相連的桿件上,但此時(shí)振幅最大,最大振幅為29.736 mm.由分析可知,機(jī)架作為收獲機(jī)的核心承載部件,在振動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的變形,影響收獲機(jī)作業(yè)的動(dòng)態(tài)性能與育種試驗(yàn)結(jié)果的測(cè)定.
1.6外部激勵(lì)頻率分析
通過(guò)對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行外部激勵(lì)頻率分析,使機(jī)架的各階固有頻率與外界動(dòng)載荷所產(chǎn)生的頻率不一致,以有效避免共振的發(fā)生.小區(qū)小麥?zhǔn)斋@機(jī)在作業(yè)時(shí)會(huì)受到來(lái)自田間路面、發(fā)動(dòng)機(jī)、撥禾輪、割刀、脫粒分離裝置及清選系統(tǒng)等外部激振的影響.現(xiàn)將各激振頻率分析如下:路面激振由道路條件決定,育種收獲機(jī)是在田間作業(yè),經(jīng)研究表明,田地對(duì)收獲機(jī)激振頻率一般低于3 Hz[10];實(shí)際測(cè)得,該收獲機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速為2 000~2 200 r/min,得到激振頻率為33.3~36.7 Hz;收獲機(jī)通過(guò)撥禾輪對(duì)作物進(jìn)行引導(dǎo)喂入,將育種小麥穗頭撥向輸送攪龍,撥禾輪激勵(lì)頻率由其轉(zhuǎn)速?zèng)Q定,測(cè)得本機(jī)撥禾輪的轉(zhuǎn)速為700 r/min,則其激振頻率為11.7 Hz;切割器的激振頻率是由割刀擺環(huán)機(jī)構(gòu)的往復(fù)振動(dòng)引起的,測(cè)其主軸轉(zhuǎn)速為532 r/min,激振頻率為8.87 Hz;本機(jī)的脫粒裝置為在工作時(shí)既有自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),又有向后軸向輸送物料的縱軸流錐型滾筒,其轉(zhuǎn)速介于1 100~1 400 r/min之間,則激振頻率為18.3~23.3 Hz;在分離清選筒內(nèi)部,沿筒壁旋轉(zhuǎn)的物料流與吸雜風(fēng)機(jī)的氣流耦合相交,引起分離清選筒的振動(dòng),應(yīng)用綜合評(píng)分法分析得出,吸雜風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 100 r/min,激振頻率為18.3 Hz 時(shí),小麥籽粒的含雜率最低[11].
將各外部激振頻率與機(jī)架的理論計(jì)算頻率對(duì)比分析可以得出:該機(jī)架的最小頻率(第1階頻率)為16.598 Hz,大于田間路面、撥禾輪、割刀振動(dòng)產(chǎn)生的激振頻率,說(shuō)明這三者不會(huì)引起的機(jī)架的共振;機(jī)架的第2階頻率19.914 Hz正好落在脫粒滾筒的激振頻率18.3~23.3 Hz范圍內(nèi),說(shuō)明脫粒滾筒會(huì)引起機(jī)架發(fā)生共振;發(fā)動(dòng)機(jī)的激振頻率范圍33.3~36.7 Hz雖然比較接近機(jī)架的低階頻率,但還是避開(kāi)了第3、4、5階頻率;分離清選筒的激振頻率18.3 Hz避開(kāi)了機(jī)架的第1、2階頻率,故不會(huì)引起機(jī)架的共振.由對(duì)比分析可知,只有脫粒滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)引起機(jī)架發(fā)生共振,因此有必要對(duì)育種收獲機(jī)機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,有效避開(kāi)脫粒滾筒的激振頻率.
2結(jié)構(gòu)優(yōu)化
由外部激勵(lì)頻率與機(jī)架固有頻率對(duì)比分析表明,脫粒滾筒的激振頻率范圍18.3~23.3 Hz正好與機(jī)架的第2階頻率19.914 Hz相重合,而由機(jī)架固有頻率相對(duì)應(yīng)的階數(shù)圖3可以看出,第1、2階頻率值相差不大,在第3階處其頻率值出現(xiàn)跳躍,因此可以通過(guò)降低前兩階頻率以避開(kāi)脫粒滾筒的激振頻率范圍.對(duì)于本機(jī)架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn),使機(jī)架第2階固有頻率低于脫粒滾筒的激振頻率,同時(shí)保證第1階固有頻率不能低于田間路面、撥禾輪、往復(fù)式割刀的激振頻率.把橫梁、豎梁、圓桿、板件作為設(shè)計(jì)變量,通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)機(jī)架各階頻率不與外部激振頻率一致.同時(shí),優(yōu)化后的機(jī)架還應(yīng)滿足強(qiáng)度要求.
試驗(yàn)分析過(guò)程中,根據(jù)機(jī)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論,選取橫梁厚度、豎梁厚度、圓桿直徑、板件厚度(包括側(cè)板和底板)4個(gè)參數(shù)作為試驗(yàn)因素,每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平.在選擇因素水平時(shí),基于工程實(shí)際需要,所選板厚水平應(yīng)與實(shí)際生產(chǎn)中的常用板厚一致,不然得到的試驗(yàn)結(jié)果就沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[12-13].選取的試驗(yàn)因素水平如表2所示.
針對(duì)本試驗(yàn)所確定的因素及水平,選用L9(34)的正交表來(lái)安排試驗(yàn),根據(jù)設(shè)計(jì)的9個(gè)不同水平組合下的試驗(yàn),在Solidworks中改變?nèi)S模型參數(shù),然后利用ANSYS Workbench軟件對(duì)9次試驗(yàn)依次進(jìn)行求解,計(jì)算得到每次試驗(yàn)的第2階固有頻率,計(jì)算結(jié)果如表3所示.
表2 試驗(yàn)因素水平表
表3 正交試驗(yàn)分析結(jié)果
由表3極差結(jié)果分析可知,不同因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響程度按從大到小依次為:橫梁、豎梁、板件、圓桿.該試驗(yàn)以降低機(jī)架第2階固有頻率為評(píng)價(jià)指標(biāo),則各因素優(yōu)水平及主次因素依次為A1、B2、D1、C1,即將機(jī)架橫梁厚度由3.0 mm減為2.6 mm,豎梁厚度由3.0 mm減為2.8 mm,圓桿直徑由原來(lái)的25 mm減為21 mm,板件厚度由原來(lái)的1.5 mm減為1.1 mm.
對(duì)優(yōu)化后的機(jī)架進(jìn)行模態(tài)分析,得到機(jī)架前6階固有頻率和對(duì)應(yīng)振型云圖(圖5).由圖5可以看出,機(jī)架的第2階固有頻率由原來(lái)的19.914 Hz下降到16.849 Hz,第1階頻率由16.598 Hz下降到13.352 Hz,避開(kāi)了脫粒滾筒的激振頻率范圍18.3~23.3 Hz,而優(yōu)化后的第1階頻率仍然大于田間路面、撥禾輪、割刀的激振頻率,同時(shí),優(yōu)化后機(jī)架各階固有頻率與育種收獲機(jī)分離清選筒、發(fā)動(dòng)機(jī)引起的外部激振頻率也不一致,滿足了機(jī)架優(yōu)化改進(jìn)的頻率要求.因此,優(yōu)化后的機(jī)架能夠有效避免收獲機(jī)作業(yè)過(guò)程中共振現(xiàn)象的發(fā)生.
A:1階振型(13.352 Hz);B:2階振型(16.849 Hz);C:3階振型(25.46 Hz);D:4階振型(30.217 Hz);E.5階振型(39.153 Hz);F:6階振型(42.826 Hz).圖5 優(yōu)化后的前6階模態(tài)振型Fig.5 The first six modes after the optimization
對(duì)優(yōu)化后的機(jī)架進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析[14],機(jī)架在收獲機(jī)作業(yè)時(shí)主要受到喂入裝置、脫粒裝置、分離清選裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)的作用力,利用Solidworks“評(píng)估”工具中的“質(zhì)量屬性”,獲得該收獲機(jī)各個(gè)模塊的質(zhì)量,結(jié)果如表4所示.將相應(yīng)的作用力添加在機(jī)架上進(jìn)行分析,得到優(yōu)化后機(jī)架的應(yīng)力云圖(圖6),由圖6可以看出,機(jī)架整體受力不均,主要分布在安裝發(fā)動(dòng)機(jī)附近的梁?jiǎn)卧希瑱C(jī)架的最大應(yīng)力為191.38 MPa,小于材料的屈服強(qiáng)度235 MPa,故優(yōu)化后的機(jī)架滿足強(qiáng)度要求,收獲機(jī)作業(yè)時(shí)安全、可靠.
表4 小麥育種收獲機(jī)各裝置質(zhì)量
圖6 機(jī)架應(yīng)力云Fig.6 Stress image of frame
3結(jié)論
通過(guò)Solidworks軟件建立機(jī)架的參數(shù)化模型,并運(yùn)用ANSYS Workbench進(jìn)行模態(tài)分析,提取出前10階固有頻率和振型,將各外部激振頻率與機(jī)架的固有頻率對(duì)比分析得知,只有脫粒滾筒會(huì)引起機(jī)架發(fā)生共振,影響收獲機(jī)作業(yè)的動(dòng)態(tài)性能與育種試驗(yàn)結(jié)果.
借助正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),將機(jī)架橫梁厚度減少0.4 mm,豎梁厚度減少0.2 mm,圓桿直徑減少4mm,板件厚度(包括側(cè)板和底板)減少0.4 mm后,機(jī)架的各階固有頻率均避開(kāi)了脫粒滾筒和其它部件的激振頻率范圍,在收獲機(jī)作業(yè)時(shí)有效避免共振現(xiàn)象的發(fā)生.對(duì)優(yōu)化后的機(jī)架進(jìn)行靜力學(xué)分析,滿足材料強(qiáng)度要求.
參考文獻(xiàn)
[1]Dai F,Han Z S,Zhang F W,e tal.Research of the fracture morphology and mechanical connection properties of plot breeding wheat ear[J].Advance Journal of Food Science and Technology,2014,6(6):807-811
[2]戴飛,高愛(ài)民,孫偉,等.縱軸流錐型滾筒脫粒裝置設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2011,42(1):74-78
[3]張海軍,韓正晟,王麗維,等.小區(qū)種子收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2008(6):102-104,139
[4]何成秀,王芬娥,郭維俊,等.自走式聯(lián)合收割機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,41(4):98-101
[5]李耀明,孫朋朋,龐靖,等.聯(lián)合收獲機(jī)底盤(pán)機(jī)架有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,29(3):38-46
[6]翟正錕,崔俊杰,李紅梅,等.鵝頸式半掛車車架有限元模態(tài)及諧響應(yīng)分析[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,49(2):160-164,169
[7]權(quán)龍哲,佟金,曾百功,等.玉米根茬收獲系統(tǒng)的有限元模態(tài)分析與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(11):15-20
[8]黃志新,劉成柱.ANSYS Workbench 14.0超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)[M].北京:人民郵電出版社,2013:80-101
[9]徐中明,郭師峰,張志飛,等.全地形車車體動(dòng)態(tài)特性分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2009,32(1):6-10
[10]王芬娥,曹新惠,郭維俊,等.聯(lián)合收獲機(jī)主駕駛座振動(dòng)強(qiáng)度及其頻率結(jié)構(gòu)試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2007,38(4):62-65
[11]戴飛,韓正晟,張鋒偉,等.小區(qū)育種縱軸流脫粒分離裝置試驗(yàn)研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2012,30(3):274-278
[12]李學(xué)修,黃虎,劉長(zhǎng)虹,等.基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法的輕卡車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,21(2):104-108
[13]曹文鋼,李政宏,曹昌勝,等.基于DOE的汽車白車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].汽車實(shí)用技術(shù),2012(12):34-37
[14]肖成林,周德義,王永強(qiáng),等.基于ANSYS的耕整機(jī)機(jī)架有限元分析[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,33(4):459-463
(責(zé)任編輯李辛)
Modal analysis and structure optimization on the frame of plot wheat breeding harvester
LI Xing-kai,HAN Zheng-sheng,DAI Fei,WEI Li-juan,GAO Ai-min
(College of Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou,730070,China)
Abstract:【Objective】To decrease vibration interferes in the working process on operation reliability and to determine of breeding test results of plot wheat breeding harvester.【Method】 The frame of wheat breeding harvester was built parametric model in Solidworks,and then combined with the finite element analysis software ANSYS Workbench to ectract the first ten order natural frequencies and mode shapes of frame.This paper based on the contrast analysis of external excitation vibration frequencies and natural frequencies,finding out the resonance link,to avoid the resonance phenomenon through the structure optimization of the frame.【Result】 The thickness of crossbeam was reduced from 3.0mm to 2.6mm,the thickness of bending beam was reduced from 3.0mm to 2.8mm,the diameter of round rod reduced from 25mm to 21mm,the thickness of plate (including side and bottom) reduced from 1.5mm to 1.1mm,the frame after optimization kept away from each external excitation frequency of breeding harvester.【Conclusion】 The study provides reference for the design and optimization of frame structure of plot wheat breeding harvester.
Key words:plot wheat breeding harvester;modal analysis;frame;external excitation;structure optimization
通信作者:戴飛,男,講師,主要從事旱區(qū)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備的研究.E-mail:daifei@gsau.edu.cn
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51365003);甘肅省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金計(jì)劃項(xiàng)目(1305NCNA142).
收稿日期:2015-01-13;修回日期:2015-04-13
中圖分類號(hào):S 225
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1003-4315(2016)01-0144-06
第一作者:李興凱(1992-),男,碩士研究生,研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)工程技術(shù)與裝備.E-mail:1298164456@qq.com