基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析.pdf

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1、第32卷第10期342016年5月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．10Mav2016基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析李福强，刘守荣※，毛恩荣，杜岳峰，林玉龙，田纪云(中国农业大学工学院现代农业装备优化设计北京市重点实验室，北京100083)摘要：为从理论上深入探讨载荷频率对疲劳寿命的影响，引入功率密度的概念，并基于功率密度和时频分析提出一种疲劳寿命预测方法，在疲劳分析过程中可同时考虑应力幅值和频率2个因素对疲劳寿命的影响。以某型号自走式玉

2、米收获机为研究对象，在调研数据和有限元分析的基础上，确定车架上危险点位置，设计并实施了应变信号采集试验方案，对收获机各工况下车架危险位置的动态应变进行采集，获得各测点在不同工况下的载荷一时间历程。在实测载荷基础上，利用基于功率密度的疲劳分析方法对玉米收获机车架的疲劳寿命进行预测，得到危险点的疲劳寿命为394h，与名义应力法分析得到的疲劳寿命(845h)相比较，更接近实际工作寿命(400～500h)。该研究为农业装备关键部件的疲劳寿命提供更精确的分析和预测方法，并促进疲劳分析理论的发展。关键词：疲劳试验；有限元法；机械化；功率密度；频率；车架doi：1

3、0．119750．issn．1002—6819．2016．10．005中图分类号：$225．5+1；0346．2+3文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一10—0034—07李福强，刘守荣，毛恩荣，杜岳峰，林玉龙，田纪云．基于功率密度的玉米收获机车架疲劳分析【J】．农业工程学报，2016，32(10)：34—40．doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．10．005http：／／www．tesae．orgLiFuqiang，LiuShourong，MaoEnrong，DuYuefeng，LinYulong

4、,TianJiyun．Fatigueanalysisofcoinharvesterframebasedonpowerdensity[J]．TransactionsoftheChineseSocietyOfA#culturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2016，32(10)：34—40．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．119750．issn．1002—6819．2016．10．005http：／／www．tcsae．org．0引言与公路车辆不同，农业装备由于长时间在田

5、间作业，工况复杂，路面起伏剧烈，冲击载荷对各部件造成的疲劳损伤较大【Ⅷ。因此，要保证农业装备的正常作业能力，必须考虑其作业特点的实际情况，对其可靠性和疲劳性能进行准确的分析。车架是发动机、驾驶室以及粮仓、割台等工作部件的载体[31，几乎承载着整机所有的工作部件，其抗疲劳性能直接影响着整车的性能和可靠性。因此，越来越多的研究单位和科研工作者针对农业机械车架的疲劳和可靠性进行探索和研究。前期的研究主要通过仿真得到机架的应力集中位置、应力大小及固有频率、固有振型等信息，从而提出改进意见㈣，这些研究仅考虑静载情况，无法对机架随机工况下的性能进行评价。近年来，

6、相关研究开始讨论动态因素的影响，王想到等12利用电阻应变仪针对玉米收获机底盘机架进行了试验，并利用试验数据与有限元分析结果进行了对比验证。张立香等t11]糯j：载荷定义为符合高斯分布的随机变量，考虑了设计变量的随机性对结构疲劳可靠性的影响。在疲劳分析理论方面，目前常用的疲劳分析方法有收稿日期：2016—0l一21修订日期：2016—03—21基金项目：教育部博士学科点专项科研基金项目(20120008110043)作者简介：李福强，男，山东德州人，博士生，主要从事农业机械疲劳寿命、可靠性方面的研究。北京中国农业大学工学院，100083。Email：]

7、ifql987@163．corn※通信作者：刘守荣，男，教授，博士生导师，主要从事塑性成形、模具设计及强度可靠性方面的研究。北京中国农业大学工学院。100083。Emaihlsr@cauu．cn名义应力法(s—N)、局部应变法(E—N)等，2种方法都以疲劳累积损伤理论为基础。而疲劳累积损伤理论包括线性疲劳累积损伤理论、非线性疲劳累积损伤理论、双线性疲劳累积损伤理论等112】。这些方法各有其优缺点，但是都存在一个缺陷：没有考虑材料承受载荷的频率对疲劳寿命的影响。同时，众多的国内外学者则通过试验证实了加载频率对疲劳寿命的影响[13-17]。Benjami

8、n等[181以S15C低碳钢为对象研究了加载频率对疲劳特性的影响。分别对试件施加20oooHz以及0～140