基于路面谱的农林用动力平台随机振动与疲劳分析

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农业机械作业环境复杂多样,丘陵山区地形地貌更为复杂,路面的崎岖不平会致使农机在行驶过程中产生振动,而振动是农机零部件损坏的主要原因之一。现如今对于农机振动问题的研究更多的是从机器本身入手,忽略了地形路况对农机的影响。针对这一现象,本文以研究农机装备长期作业的道路路面特征以及这些路面对农机装备寿命的影响为目的,利用加速度传感器对农业机械长期作业的四种路况的路面不平度进行了测量研究,对采集信号进行处理获得了四种路面的路面谱,最后以农林用动力平台车架为研究对象,根据获得的路面谱数据完成了车架的振动分析和寿命估计。具体内容如下:(1)根据丘陵山地农业机械作业环境以及路面特征,选择加速度传感器和履带式叉车作为路面谱测量试验的主要工具,选择四种典型路况的路面作为测量对象。为防止如发动机振动等其他外部因素对测量数据准确度的影响,将传感器固定于靠近第一支重轮车架部位。在确保采样数据完整性的前提下结合试验地点制定了试验内容和方法,完成路面谱测量试验后对获得的加速度时域信号进行特征分析,初步验证采集数据的可靠性。(2)对获得的加速度信号进行信号预处理,去除干扰项。将处理完成后的加速度信号利用积分的方式转换成位移信号。分析对比后选择合适的功率谱密度估计方法对离散的路面高程数据进行功率谱密度估计,获得四种道路的路面谱,通过与标准等级路面位移功率谱密度进行比较,逐一分析四种道路路面谱的典型特征。(3)针对农林用动力平台车架,建立有限元模型,对其振动特性进行研究。首先,利用模态分析获取车架的固有频率及其振型,再通过频率响应分析方法,求解车架模型在单位振动载荷作用下的频率响应函数。基于模态分析的结果,对车架展开三种不同路况下的随机振动分析,结果显示车架在三种道路工况下的随机振动最大应力值均低于材料的屈服极限,表明动力平台在三种道路行驶的安全性较高。最后,结合模态分析与频响分析结果,对车架在模拟工况下的振动疲劳寿命进行研究。结果显示,在不考虑其它外界因素影响情况下,与同为农业动力机械的拖拉机标准寿命相比,农林用动力平台车架能够满足使用寿命要求。
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