稻麥油收獲機振動舒適性仿真分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、稻麥油收獲機作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、振動激勵較多，易引發(fā)駕駛員的不舒適感。當(dāng)外部激勵與收獲機機體產(chǎn)生共振時，不舒適感尤為劇烈，長期在該環(huán)境下作業(yè)，不僅會導(dǎo)致駕駛員人體產(chǎn)生疲勞，而且還會造成神經(jīng)損傷、脊柱損傷等問題。因此，必須綜合考慮作業(yè)環(huán)境與振動激勵等因素對收獲機振動舒適性的影響，對收獲機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化以提高其振動舒適性與可靠性。
　　本研究以某稻麥油收獲機為研究對象，綜合運用機械振動理論與多體系統(tǒng)動力學(xué)理論，采用Solidworks

2、、HyperMesh、ANSYS以及RecurDyn等軟件相結(jié)合的方式，創(chuàng)新地建立了收獲機人-機-路面系統(tǒng)剛?cè)狁詈隙囿w動力學(xué)模型，并在其基礎(chǔ)上對收獲機的振動特性進(jìn)行仿真分析;之后，采用動態(tài)信號分析儀對收獲機進(jìn)行振動測試，并將測試結(jié)果與仿真分析結(jié)果進(jìn)行對比，驗證系統(tǒng)的虛擬樣機模型，并以此為基礎(chǔ)，對收獲機的振動舒適性進(jìn)行仿真分析與計算;最后，采用HyperMesh軟件對收獲機車身進(jìn)行模態(tài)分析與計算，并根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果對車身骨架進(jìn)行了尺寸與拓

3、撲優(yōu)化，提高車身的一階固有頻率，以免車身與相關(guān)激勵產(chǎn)生共振。
　　主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　1.創(chuàng)新地建立了稻麥油收獲機的剛?cè)狁詈匣旌夏Ｐ?。分別采用Solidworks與RecurDyn軟件低速履帶模塊創(chuàng)建收獲機主機體以及履帶行走結(jié)構(gòu)的剛體模型，并將其進(jìn)行組合，創(chuàng)建收獲機整機剛體模型;采用HyperMesh軟件建立收獲機車身柔性體，并將其導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行相關(guān)處理，之后，采用RecurDyn軟件模態(tài)柔性體模塊創(chuàng)建車身

4、的模態(tài)柔性體模型，并將其與整機剛體模型進(jìn)行組合，建立收獲機的剛?cè)狁詈匣旌夏Ｐ汀?br>　　2.創(chuàng)新地建立了稻麥油收獲機人-機-路面系統(tǒng)的剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型。根據(jù)國標(biāo)GB10000-88《中國成年人人體尺寸》及GB/T17245-2004《成年人人體慣性參數(shù)》，采用Solidworks軟件建立駕駛員坐姿人體幾何模型;根據(jù)國標(biāo)GB7031-86《測量振動輸入-路面平度表示方法》及ISO/DIS8608《機械振動-路面縱剖面-測量數(shù)據(jù)報告方

5、法》，采用諧波疊加法編寫路面譜文件，建立田間路面激勵模型;基于RecurDyn軟件平臺，將收獲機的剛?cè)狁詈匣旌夏Ｐ团c人體模型及路面激勵模型相結(jié)合，根據(jù)收獲機各部件之間的運動關(guān)系，施加約束與驅(qū)動，建立收獲機的人-機-路面系統(tǒng)的剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型，并在其基礎(chǔ)上對收獲機的振動特性進(jìn)行仿真分析;采用動態(tài)信號分析儀對收獲機進(jìn)行振動測試，并將測試結(jié)果與仿真分析結(jié)果進(jìn)行對比，驗證系統(tǒng)的虛擬樣機模型。
　　3.采用仿真分析與試驗研究相結(jié)合的方法

6、，對稻麥油收獲機作業(yè)時駕駛員的振動舒適性進(jìn)行了分析與評價?；谑斋@機的人-機-路面系統(tǒng)的剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型，參照國標(biāo)《GB/T10910-2004農(nóng)業(yè)輪式拖拉機和田間作業(yè)機械駕駛員全身振動的測量》及《GB/T13876-2007農(nóng)業(yè)輪式拖拉機駕駛員全身振動的評價指標(biāo)》，針對不同的行駛速度與路面激勵，對收獲機駕駛員的振動舒適性進(jìn)行仿真分析與評價，探索行駛速度與路面激勵不平度對收獲機振動舒適性的影響;采用動態(tài)信號分析儀對收獲機的振動舒適性

7、進(jìn)行測試分析與評價，并將其結(jié)果與仿真分析進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)收獲機振動測試與仿真分析結(jié)果具有較好的一致性，說明所建立的人-機-路面系統(tǒng)剛?cè)狁詈咸摂M樣機模型是有效的，其精度基本滿足收獲機振動舒適性分析要求。
　　4.綜合振動測試與仿真分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，收獲機進(jìn)行稻、麥、油收獲作業(yè)時，其振動舒適性較差，行駛速度與路面激勵不平度對收獲機振動舒適性具有較大影響，以較高車速行駛時，駕駛員垂向振動強度明顯高于較低車速時的振動強度;在硬度較大的路面行駛時

8、，駕駛員的主觀振動感明顯強于松軟路面的振動感;分析振動信號功率譜密度發(fā)現(xiàn)，座椅支承面處縱向（X軸）振動的峰值頻率約為14Hz，而橫向（Y軸）與垂向（Z軸）振動的峰值頻率則約為7Hz，說明傳遞到駕駛員人體的振動能量主要源于割刀與脫粒滾筒激勵。
　　5.采用尺寸優(yōu)化與拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對收獲機車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。采用HyperMesh軟件對收獲機車身進(jìn)行模態(tài)分析與計算，發(fā)現(xiàn)車身的第一階固有頻率為7.29Hz，與割刀激勵頻率(7Hz)比較接近