新型山药收获机下支撑支架的设计与分析

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1、2015年4月农机化研究第4期新型山药收获机下支撑支架的设计与分析许波，韩有泉，王亚旭，关玉明(河北工业大学机电成套设备研究室，天津300130)摘要:山药收获机下支撑支架是根据主旋转支撑装置的离地高度和开沟深度设计的，在实际作业过程中，链刀切削阻力、螺旋刀切割阻力、输送机构支撑力、油缸的推拉力最终都由下支撑支架承载，作用力较为复杂，容易发生变形和断裂;且链刀切入土壤产生的振动、链节和链轮齿的啮合会给链传动带来工作的不平稳性和有规律的振动，可能会引起共振。为此，在进行山药收获机工作装置设计时，首先采

2、用有限元方法对下支撑支架进行静力学分析，并在静力学分析的基础之上对其进行预应力模态分析，以评估设计的合理性，对结构进行优化。关键词:山药收获机;静力学分析;模态分析+中图分类号:S225．71文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)04－0051－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.04.012装在主轴上，末端与输送机构相连，且末端还安装有0引言两级链条传动机构，装卸起来十分繁琐，且反复装卸山药是公认的无公害保健蔬菜，在我国具有悠久对主轴回转精度也有影响。的

3、栽培历史。它是深根植物，收获时需要耗费大量的为此，本文采用TＲIZ中的分割原理将下支撑臂体力和时间。目前，国内山药收获机械仍处于设计开两端与主动轴、从动轴连接的部分分隔开，将下支撑发阶段，只是采用开沟机在山药边挖沟松土，还需要臂分割成下支撑板、下支撑板接头及连接机构，如图1大量的人力参与作业，机械化程度很低。因此，开发所示。这样在遇到不同挖掘深度时，只需拆卸下支撑设计一种能实现山药的自动出土并能与土壤分离的板上螺栓，就可更换下支撑板，拆卸方便又不影响主收获机，必将减轻农民的劳动强度，提高山药的收获轴

4、的回转精度。效率，提升山药的品质和产值，从而促进其产业化的发展。1山药收获机的工作原理山药收获机械属于农业机械领域。笔者巧妙地模仿考古挖掘的方式，采用去除山药根茎两侧土壤，取其中央的方式对山药收获机械进行设计。其主要包括动力机构、后置悬挂机构、液压减速系统、挖深掘进机构、连接传动机构及输送机构6个部分。为了满足不同品种山药根茎长度不一、山药种植图1下支撑支架三维图土质不同等条件，山药收获机下支撑支架的设计非常Fig．1Three－dimensionalfigureofthelowersupportb

5、racket重要，其要适应不同的挖掘深度和切削时的水平倾2下支撑支架的静力学分析角。不同的切削水平倾角可以通过主轴旋转支撑装置实现，不同的挖掘深度可以通过更换不同长度的下2．1下支撑支架的受力分析支撑臂来实现;但由于下支撑臂左端是通过轴承安由山药收获机的工作原理可知，下支撑支架在山药收获机的工作位置所受到的作用力最复杂，其发生收稿日期:2014－04－17基金项目:河北省科技支撑计划项目(12227109D)变形和断裂的可能性最大，因此取山药收获机的工作作者简介:许波(1977－)，男，河北邢台人，

6、讲师，博士，(E－mail)位置对下支撑支架进行静力学分析。15900369013@163．com。通讯作者:关玉明(1958－)，男，河北沧州人，教授，博士生导师，进行下支撑支架的强度计算，首先要分析开沟机(E－mail)15900369013@163．com。下支撑支架的作业过程，找出下支撑支架各部件受力·51·2015年4月农机化研究第4期最不利的作业位置与工况来作为计算的依据，在受力的轴承载荷。分析的基础上进行强度校核。输送机构通过轴承承载在下支撑支架上，输送机2．2下支撑支架几何模型的建立

7、构质量在300kg左右，取G=3000N，分别通过两个轴下支撑支架是由下支撑板材、下支撑板接头及连承承载在下支撑支架上，如图4中的F、H所添加的轴接机构组成。下支撑支架有限元分析模型如图2所承载荷。示。在机组前进切削过程中，工作部件链条链刀要受到土壤对其的水平反力FT=1006N，如图4中的G、I所添加的轴承载荷。下支撑支架通过主轴悬挂在后置悬挂支架上，工作状况下可以看成是一个圆柱面约束和一个位移约束构成，如图4中的D、E所添加的CylindricalSupport(圆柱面约束)和Displacem

8、ent(给定位移)。下支撑支架自身重力对支架的变形也有影响，不可忽略不计。Mechanical提供了标准的地球重力加速度，如图4中C的StandardEarthGravity。图2下支撑支架有限元分析模型Fig．2Finiteelementanalysismodelofthelowersupportbracket2．3添加材料属性Workbench中EngineeringData材料库中提供了多种常见的工程材料，也能添加所需要的材料。对材料属性的定义，一般包括杨氏模量