【摘要】：我國(guó)丘陵山區(qū)6°~15°和15°~25°的坡耕地大大制約了農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展,其地塊細(xì)小零碎且缺乏必要的機(jī)耕道等田間基礎(chǔ)設(shè)施,大中型機(jī)械難以完成作業(yè)環(huán)節(jié)。電動(dòng)微耕機(jī)因其結(jié)構(gòu)輕簡(jiǎn),便于操作,較好地克服了大中型機(jī)械“難以下田”的問(wèn)題,也具備耕作環(huán)節(jié)零排放的優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)丘陵山區(qū)具備良好的應(yīng)用前景。電動(dòng)微耕機(jī)實(shí)際耕作中伴隨著振動(dòng),實(shí)際耕作深度越大,整機(jī)振動(dòng)越劇烈,操作舒適性就越差,目前農(nóng)機(jī)市場(chǎng)上電動(dòng)微耕機(jī)耕作深度大多小于10 cm,但耕深大于10cm的電動(dòng)微耕機(jī)在特定農(nóng)作物的種植環(huán)節(jié)中發(fā)揮著不可替代的作用。因此本文就一款試制的耕作深度大于10 cm的電動(dòng)微耕機(jī)為研究對(duì)象,分析其振動(dòng)性能,提出減振措施,為該款電動(dòng)微耕機(jī)的后續(xù)整機(jī)優(yōu)化與相關(guān)農(nóng)業(yè)樣機(jī)的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)與減振方法參考。本文的研究主要研究?jī)?nèi)容如下:建立整機(jī)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù),結(jié)合樣機(jī)耕作工況,闡明電動(dòng)微耕機(jī)振動(dòng)分析簡(jiǎn)化原則,基于機(jī)械振動(dòng)原理,將扶手架與支撐架平板,電動(dòng)機(jī)與支撐架平板相互作用簡(jiǎn)化為單自由度無(wú)阻尼受迫振動(dòng)模型,將鋰電池箱與支撐架平板相互作用簡(jiǎn)化為單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)模型,將刀輥與土壤之間相互作用簡(jiǎn)化為單自由度有阻尼受迫振動(dòng)模型。對(duì)耕作工況下電動(dòng)微耕機(jī)所受的激振力:電磁激振力,土垡撞擊力,土壤對(duì)刀輥反作用力,扶手處人手作用力進(jìn)行二維平面受力分析,確定其大小和方向,綜合考慮整機(jī)激振力和部件間相互作用方式,在忽略土壤理化性質(zhì)干擾的情況下,建立了整機(jī)豎直方向一維振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型,在考慮左右側(cè)刀輥受力的差異時(shí),建立了整機(jī)豎直方向和刀輥軸向二維振動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。建立整機(jī)振動(dòng)數(shù)學(xué)模型和仿真模型,獲取扶手架、電動(dòng)機(jī)外殼、支撐架平板處振動(dòng)加速度均方根值。比較分析振動(dòng)數(shù)學(xué)模型的建模方法,選用牛頓法建立整機(jī)豎直方向一維振動(dòng)數(shù)學(xué)模型和整機(jī)二維振動(dòng)數(shù)學(xué)模型得到其一階常系數(shù)振動(dòng)微分方程和剛度,阻尼方程,激振力方程�；贛atlab/Simulink,建立整機(jī)振動(dòng)仿真模型,確定仿真參數(shù)包括支撐架平板、扶手架、電池箱、刀輥、電動(dòng)機(jī)的剛度系數(shù)與阻尼系數(shù)以及整機(jī)激振力大小,仿真得到了微耕機(jī)扶手架,支撐架平板,電動(dòng)機(jī)外殼處振動(dòng)加速度時(shí)域變化曲線及其加速度均方根值為10.06 m/s~2,39.51 m/s~2,35.61 m/s~2。田間試驗(yàn)獲得整機(jī)扶手架、支撐架平板、電動(dòng)機(jī)外殼處振動(dòng)加速度均方根值以及耕作性能參數(shù)和振動(dòng)性能參數(shù),對(duì)比分析仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù),檢驗(yàn)仿真模型精度。通過(guò)田間耕作試驗(yàn),得到快擋工況下電動(dòng)微耕機(jī)耕作性能參數(shù),耕深為115 mm,幅寬為800 mm,刀輥轉(zhuǎn)速為140 r/min,作業(yè)生產(chǎn)率為786.67 m~2/h。通過(guò)田間振動(dòng)試驗(yàn),應(yīng)用LMS.Test.lab平臺(tái)測(cè)試電動(dòng)微耕機(jī)在倒擋、慢擋、中擋、快擋四個(gè)工況下,微耕機(jī)左、右扶手架,支撐架平板,扶手架橫桿,電動(dòng)機(jī)外殼,刀軸連接處6個(gè)部位的時(shí)域振動(dòng)加速度曲線。提取整機(jī)在快擋工況下,扶手架、支撐架、電動(dòng)機(jī)外殼處豎直向上方向振動(dòng)加速度均方根值為9.45 m/s~2,49.08 m/s~2,44.1 m/s~2。將振動(dòng)仿真獲得的加速度均方根值數(shù)據(jù)與振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試的加速度均方根值對(duì)比可知扶手架,支撐架平板,電動(dòng)機(jī)外殼處振動(dòng)仿真相對(duì)誤差為9.06%,19.50%,19.25%,仿真精度可以滿足振動(dòng)模型仿真要求。采用時(shí)域?yàn)V波處理和頻域自功率譜分析振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)。時(shí)域處理結(jié)果表明:豎直方向振動(dòng)加速度均方根值最大,刀輥軸向振動(dòng)加速度均方根值次之,整機(jī)前進(jìn)方向最弱;頻域加速度曲線表明:慢擋工況下扶手架與支撐架在刀輥軸向方向發(fā)生一階共振,幅值為2.8 m/s~2。對(duì)支撐架平板進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,對(duì)扶手架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn),基于仿真模型模擬改進(jìn)后支撐架平板與扶手架處振動(dòng)加速度。根據(jù)減振方法理論,考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與與人手接觸處扶手架減振要求,分析了支撐架平板存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題,在Ansys中進(jìn)行靜力學(xué)分析,在保證機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下,應(yīng)用連續(xù)拓?fù)鋬?yōu)理論中的尺寸優(yōu)化與形狀優(yōu)化方法,行走箱整體厚度變薄,上部厚度減小至6 mm,整體質(zhì)量減小800g;前端支架與后端支架分別減小300 g和330 g,使優(yōu)化后的支撐架平板相對(duì)于優(yōu)化前減少1.43kg。應(yīng)用連續(xù)阻抗介質(zhì)理論和一維聲學(xué)黑洞理論對(duì)扶手架進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)增加扶手架處材料阻尼系數(shù),得到三種減振方案,采用復(fù)合減振方案減振效果最好。當(dāng)扶手架質(zhì)量增加1.8kg,不考慮扶手架結(jié)構(gòu)變化,扶手架處振動(dòng)加速度均方根值減弱為8.762 m/s~2;實(shí)際上扶手架處結(jié)構(gòu)變化(阻尼增大),扶手架處加速度均方根值將會(huì)更小。
【圖文】：

第 3 章 電動(dòng)微耕機(jī)振動(dòng)模型的建立 3 章 電動(dòng)微耕機(jī)振動(dòng)模型的建數(shù)三維實(shí)物圖如 3-1 所示，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖撐架，豎直放置的電動(dòng)機(jī)、蓄電池、行走等）、旋耕刀輥、限深桿等組成。扶手架電池處于接通狀態(tài)時(shí)，蓄電池為電動(dòng)機(jī)供輥切削土壤時(shí)，土壤反作用力推動(dòng)機(jī)組前潤(rùn)滑油孔等零件和結(jié)構(gòu)，連接、支撐各個(gè)架設(shè)計(jì)有扶手架、限深裝置連接結(jié)構(gòu)，限位，通過(guò)扶手架處旋鈕調(diào)節(jié)電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)快擋、中擋、慢擋、倒擋四擋變換

當(dāng)不計(jì)空氣阻力時(shí)，單元土垡運(yùn)動(dòng)方程為：02012xyx x v ty y v t gt （3式中：x0被切土垡拋出的初始水平位置；y0被切土垡拋出的初始豎直位直位置坐標(biāo)（vx，vy）被切土垡離開(kāi)刀具正切面時(shí)的初始速度。根據(jù)單元土垡運(yùn)動(dòng)方程可知其運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線，如圖 3-2 所示。可知當(dāng)拋垡的初速度 v 與 x 軸夾角ψ大于 90°時(shí)，土垡單元將向后運(yùn)動(dòng)，當(dāng)ψ小于 9，土地將向前拋擲，最終與擋泥板相撞，可知土垡向后拋擲的條件為：arctan2yxvv （3當(dāng)被切土垡脫離刀具正切面時(shí)的速度可根據(jù)牽連速度與速度之間的關(guān)系，角函數(shù)表示：sin( )1801ev v （3中：ve為質(zhì)點(diǎn)牽連加速度；γ 正切刃末端的切線與最小半徑之間的夾；θ 刀轉(zhuǎn)過(guò)的角度，單位度；β v 與最小半徑之間的夾角。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：S224

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2613095