背負式紅花收獲機跌落仿真分析及優(yōu)化.pdf

1、本文針對背負式紅花收獲機在運輸、使用等流通過程中由于疏忽、操作不當造成不慎跌落，致使易損部件在強烈的跌落沖擊中出現(xiàn)損壞甚至報廢，增加使用成本；或關(guān)鍵裝配部位發(fā)生相互位置錯動，致使采摘參數(shù)在一定范圍內(nèi)波動，影響采摘質(zhì)量。因此本文針對背負式紅花收獲機關(guān)鍵部件在使用過程典型跌落姿態(tài)的仿真模擬分析，得到不同典型跌落姿態(tài)下關(guān)鍵部件的最大單元等效應(yīng)力、應(yīng)變以及相對位移，最終確定跌落過程中的薄弱點，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，確保優(yōu)化后整機具有較好的抗跌落能力及較高的

2、可靠性，為背負式紅花收獲機械和包裝運輸結(jié)構(gòu)的防損設(shè)計提供理論依據(jù)。本文主要進行了以下幾個方面的工作：
　　1、背負式紅花收獲機跌落工況分析。通過試驗研究等方法確定評判手持系統(tǒng)跌落后是否達到損壞或失效的重要參數(shù)對輥間隙合理范圍為0.4mm-0.6mm。并通過試驗研究確定紅花植株特性參數(shù)，包括植株外部形態(tài)、果球空間分布及果枝角度；實地調(diào)研確定背負式紅花收獲機的手持系統(tǒng)的五種典型跌落姿態(tài)、背負系統(tǒng)三種典型的跌落姿態(tài)以及使用過程中采摘手柄

3、跌落易損部位。結(jié)合跌落碰撞沖擊基本理論建立其跌落碰撞方程，為后續(xù)跌落仿真提供理論依據(jù)。
　　2、背負式紅花收獲機有限元模型建立及跌落仿真分析。運用有限元分析軟件ABAQUS建立背負式紅花收獲機的有限元模型，結(jié)合顯示動力學(xué)法分別對手持系統(tǒng)、背負系統(tǒng)進行不同姿態(tài)下的跌落仿真。通過跌落仿真分析發(fā)現(xiàn)，手持系統(tǒng)的薄弱部位為手柄外殼手柄外殼及前端蓋的凸耳處結(jié)構(gòu)、齒輪，在跌落時凸耳易發(fā)生應(yīng)力集中出現(xiàn)斷裂，齒輪位于手持系統(tǒng)最前端，承受的跌落沖擊力

4、遠遠超過其屈服強度使其破損失效，從而造成各部件的裝配松動、錯位，致使對輥間隙超過0.4mm-0.6mm的合理范圍，最終整個手持系統(tǒng)失效；背負系統(tǒng)跌落時薄弱部件為擋板及風(fēng)機動力輸出軸，擋板受跌落沖擊的作用主要在螺栓孔處產(chǎn)生應(yīng)力集中造成螺栓孔撕裂，風(fēng)機動力輸出軸主要在風(fēng)機側(cè)面垂直跌落沖擊載荷下產(chǎn)生應(yīng)力集中致使其斷裂，嚴重影響了背負系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及可靠性。通過仿真得出手持系統(tǒng)、背負系統(tǒng)在跌落過程中的薄弱部位，從而為整機抗跌落、提高可靠性的優(yōu)

5、化設(shè)計提供了參考依據(jù)。
　　3、為提高背負式紅花收獲機的可靠性、使其具有較好的抗跌落能力、延長使用壽命，本文針對在跌落仿真中發(fā)現(xiàn)的薄弱部位主要進行結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化。對于手持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：?為避免手柄外殼及前端蓋的凸耳出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，提出將手柄外殼的凸耳去除、前端蓋凸耳內(nèi)凹與手柄外殼相連的優(yōu)化方案，?使用屈服強度等性能參數(shù)更好的PP-36370塑料材料代替PP-3050材料；?為減小齒輪直接遭受劇烈的跌落沖擊力，將齒輪安裝位置移

6、至手柄后端通過軸承與膠輥相連。通過仿真結(jié)果顯示，優(yōu)化后的手持系統(tǒng)滿足跌落沖擊強度要求，其結(jié)構(gòu)更加牢固，在相同跌落姿態(tài)下其膠輥間隙均在0.4mm-0.6mm之間，因此其優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有較高的可靠性及良好的抗跌落沖擊能力。對于背負系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：?為減小定位板、安裝板螺栓孔處應(yīng)力集中破壞的風(fēng)險，將螺栓孔擴大加入剛性嵌件，增大應(yīng)力分布面積；?為防止風(fēng)機動力輸出軸遭受強烈沖擊載荷的破壞，結(jié)合力學(xué)平衡計算得出在應(yīng)力集中部位將主軸直徑增大至28mm