小型水稻联合收割机车架的数值计算研究

【摘要】车架是小型水稻联合收割机中主要的承载部件，承受着割台、输送脱粒清选机构、储粮箱、驾驶员和行走机构传来的力和力矩。运用CAE技术对结构进行校核和优化已成为现代设计方法中发展最快的一种方式。本研究对某小型水稻联合收割机焊接式薄壁箱形截面梁车架进行了分析。首先，建立了车架的梁单元和板单元两种计算模型。运用力法与位移法对车架结构在满载工况下进行了简化，运用集中质量法将车架各个梁的质量集中于节点处进行了模态简化。其次，分析了车架在四种工况下的受力情况，即满载工况、收割工况、左转弯和右转弯工况，运用MSC.Patran/Nastran对车架进行了静力分析，得到了应力与位移的最大值及位置，验证了车架的静态强度和刚度特性；按照Lanczos特征值提取方法得到了车架自由模态的前10阶的固有频率和固有振型，验证了车架的动态特性，符合设计要求。再次，为了进一步改进车架的动态特性对车架六个加强板的厚度进行了优化。优化目标函数为车架的第二阶固有频率的最大值，约束为车架的最大应力值和第一阶固有频率，设计变量为六个加强板的厚度值，得出第二阶固有频率可提高至52.933Hz。最后，将板模型应用于本车架的分析，得出车架某些角隅处存在较大应力集中，讨论了车架结构角隅处建模的改进方法。本研究通过分析与优化，验证了车架的静强度与刚度特性，在保证安全系数的情况下，优化第2阶固有频率至52.933Hz，保证了车架的静态安全和动态安全，研究了将板模型应用于本车架时得出应力集中现象。
【作者】李志华；
【导师】张贵林；
【作者基本信息】吉林大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】水稻联合收割机；车架；有限元；结构分析；结构优化；应力集中；

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