自走式微耕机随机振动特性分析与试验研究

微耕机作为丘陵山区常用的农业机械,在推动丘陵山区农机化水平方面发挥了积极的作用。但是,微耕机工况环境恶劣,其作业时的剧烈振动,严重影响机器的操控舒适性和零部件的使用寿命。因此,开展微耕机振动特性的研究,具有重要的理论意义和需求背景。论文依托国家自然科学基金项目,针对微耕机作业时振动剧烈的缺陷,以某型自走式微耕机为对象,运用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,对微耕机随机振动特性进行了系统研究。论文主要研究工作是:1、基于LMS Test.Lab系统测试了非作业状态时8种转速工况下微耕机主要结构的振动情况,并进行了时域、频域分析。结果表明:就最大振动加速度大小而言,保险杠>发动机>发动机托架>手柄>传动机构>齿轮箱,振动随发动机转速提高而增大;主要结构振幅峰值频率分布不集中,在较宽泛的频率范围内都有可能引发共振。2、结合微耕机非作业状态下主要结构的振动测试结果,考虑将振动最为剧烈的结构(保险杠),振动源结构(发动机)以及人手直接接触结构(操纵装置)作为关键柔性体部件,并采用仿真和试验相结合的方法,对关键柔性部件进行了模态分析,验证了相应有限元模型的合理性。3、根据微耕机结构特点及其实际连接装配要求,确定了微耕机整机拓扑结构及约束关系,基于锥度角理论计算了螺栓结合面的约束刚度和阻尼参数,建立了基于Hypermesh和ADAMS的微耕机整机刚柔耦合动力学模型,并通过有限元模态分析验证了刚柔耦合动力学模型的合理性。4、考虑旋耕部件的影响,修正、完善了微耕机刚柔耦合动力学模型;依据田间试验实测数据,确定了微耕机最佳耕作深度范围,搭建了土槽试验环境;在此基础上,采用理论分析和试验研究相结合的方法,确立了振动仿真的激励条件,并基于仿真实现微耕机随机振动响应参数的测试。5、对微耕机操纵装置进行了结构拓扑优化,优化后所关注的固有频率增至81.77Hz和177.54Hz,避开了该型微耕机正常工作时的主要工作频率150Hz,以及人体特别敏感频率范围,可有效避免共振,改善微耕机操控舒适性。同时,从减小激振源振动、改善振动传递路径等方面,提出了微耕机结构优化建议。