【摘要】：我國丘陵山區(qū)6°~15°和15°~25°的坡耕地大大制約了農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展,其地塊細(xì)小零碎且缺乏必要的機耕道等田間基礎(chǔ)設(shè)施,大中型機械難以完成作業(yè)環(huán)節(jié)。電動微耕機因其結(jié)構(gòu)輕簡,便于操作,較好地克服了大中型機械“難以下田”的問題,也具備耕作環(huán)節(jié)零排放的優(yōu)點,在我國丘陵山區(qū)具備良好的應(yīng)用前景。電動微耕機實際耕作中伴隨著振動,實際耕作深度越大,整機振動越劇烈,操作舒適性就越差,目前農(nóng)機市場上電動微耕機耕作深度大多小于10 cm,但耕深大于10cm的電動微耕機在特定農(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的電動微耕機為研究對象,分析其振動性能,提出減振措施,為該款電動微耕機的后續(xù)整機優(yōu)化與相關(guān)農(nóng)業(yè)樣機的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)與減振方法參考。本文的研究主要研究內(nèi)容如下:建立整機振動動力學(xué)模型。根據(jù)整機結(jié)構(gòu)參數(shù),結(jié)合樣機耕作工況,闡明電動微耕機振動分析簡化原則,基于機械振動原理,將扶手架與支撐架平板,電動機與支撐架平板相互作用簡化為單自由度無阻尼受迫振動模型,將鋰電池箱與支撐架平板相互作用簡化為單自由度無阻尼自由振動模型,將刀輥與土壤之間相互作用簡化為單自由度有阻尼受迫振動模型。對耕作工況下電動微耕機所受的激振力:電磁激振力,土垡撞擊力,土壤對刀輥反作用力,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,建立了整機豎直方向一維振動動力學(xué)模型,在考慮左右側(cè)刀輥受力的差異時,建立了整機豎直方向和刀輥軸向二維振動動力學(xué)模型。建立整機振動數(shù)學(xué)模型和仿真模型,獲取扶手架、電動機外殼、支撐架平板處振動加速度均方根值。比較分析振動數(shù)學(xué)模型的建模方法,選用牛頓法建立整機豎直方向一維振動數(shù)學(xué)模型和整機二維振動數(shù)學(xué)模型得到其一階常系數(shù)振動微分方程和剛度,阻尼方程,激振力方程�；贛atlab/Simulink,建立整機振動仿真模型,確定仿真參數(shù)包括支撐架平板、扶手架、電池箱、刀輥、電動機的剛度系數(shù)與阻尼系數(shù)以及整機激振力大小,仿真得到了微耕機扶手架,支撐架平板,電動機外殼處振動加速度時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。田間試驗獲得整機扶手架、支撐架平板、電動機外殼處振動加速度均方根值以及耕作性能參數(shù)和振動性能參數(shù),對比分析仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù),檢驗仿真模型精度。通過田間耕作試驗,得到快擋工況下電動微耕機耕作性能參數(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。通過田間振動試驗,應(yīng)用LMS.Test.lab平臺測試電動微耕機在倒擋、慢擋、中擋、快擋四個工況下,微耕機左、右扶手架,支撐架平板,扶手架橫桿,電動機外殼,刀軸連接處6個部位的時域振動加速度曲線。提取整機在快擋工況下,扶手架、支撐架、電動機外殼處豎直向上方向振動加速度均方根值為9.45 m/s~2,49.08 m/s~2,44.1 m/s~2。將振動仿真獲得的加速度均方根值數(shù)據(jù)與振動試驗測試的加速度均方根值對比可知扶手架,支撐架平板,電動機外殼處振動仿真相對誤差為9.06%,19.50%,19.25%,仿真精度可以滿足振動模型仿真要求。采用時域濾波處理和頻域自功率譜分析振動測試數(shù)據(jù)。時域處理結(jié)果表明:豎直方向振動加速度均方根值最大,刀輥軸向振動加速度均方根值次之,整機前進(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。對支撐架平板進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,對扶手架進(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加速度。根據(jù)減振方法理論,考慮整機結(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)問題,在Ansys中進(jìn)行靜力學(xué)分析,在保證機架結(jié)構(gòu)強度的前提下,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)黑洞理論對扶手架進(jìn)行優(yōu)化,通過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,扶手架處振動加速度均方根值減弱為8.762 m/s~2;實際上扶手架處結(jié)構(gòu)變化(阻尼增大),扶手架處加速度均方根值將會更小。
【圖文】：

第 3 章 電動微耕機振動模型的建立 3 章 電動微耕機振動模型的建數(shù)三維實物圖如 3-1 所示，結(jié)構(gòu)簡圖如圖撐架，豎直放置的電動機、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，蓄電池為電動機供輥切削土壤時，土壤反作用力推動機組前潤滑油孔等零件和結(jié)構(gòu)，連接、支撐各個架設(shè)計有扶手架、限深裝置連接結(jié)構(gòu)，限位，通過扶手架處旋鈕調(diào)節(jié)電機控制器實現(xiàn)快擋、中擋、慢擋、倒擋四擋變換

當(dāng)不計空氣阻力時，單元土垡運動方程為：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）被切土垡離開刀具正切面時的初始速度。根據(jù)單元土垡運動方程可知其運動軌跡為拋物線，如圖 3-2 所示�？芍�(dāng)拋垡的初速度 v 與 x 軸夾角ψ大于 90°時，土垡單元將向后運動，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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S224

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2613095