微耕机振动机理及动态仿真研究

The project for the current widely used micro-power tiller strong vibrations lead to operator labor intensity, threats to health problems, studying micro-power tiller vibration mechanism and vibration control method..Based on the finite element method and multi-body dynamics theory, build engine, gearbox, racks, knife roll and walking analysis models and box-dynamics model of soil micro-power tiller; its inherent vibration characteristics is obtained basing on the above model and modal analysis of five persons, including engine. The accuracy of finite element model is determined by five Natural vibration characteristics measured by using testing system; based on micro plow machine-soil dynamic model, studying on dynamic characteristics of no-tillage farming during the five coupling and gearboxes, mobile torsional vibration of box. The handle of all measuring points of vibration acceleration signal came from the established finite element model of micro-tilling machine-soil and the process of simulating micro-tilling machine farming; using test system, measured micro-power tiller farming process in the handle all measuring points of vibration acceleration signal, determines the correctness of micro-power tiller-soil finite element model ; Making modal test and analysis the relation of the vibration acceleration between the inherent characteristics of engine etc five parts and handle, and investigate the reasons of strong vibration of handle. .The study laid a theoretical foundation for the design of new low-vibration micro-power tiller, and provided a research program for reduces the vibration of the other small field machinery.

本项目针对目前广泛使用的微耕机强烈振动导致操作者劳动强度大，健康受到威胁的现实问题，研究微耕机振动机理及振动控制方法。.基于有限元方法和多体动力学理论，建立发动机、机架、刀辊、变速箱和行走箱的分析模型及微耕机-土壤动力学模型；基于上述模型，对发动机等五者进行模态分析，得到其固有振动特性；利用测试系统测出五者固有振动特性，确定有限元模型的正确性；基于微耕机-土壤动力学模型，研究微耕机耕作过程中五者动态特性的耦合关系及变速箱、行走箱的弯扭振动。建立微耕机-土壤有限元模型，仿真微耕机耕作过程，得出扶手各测点的振动加速度信号；利用测试系统，测出微耕机耕作过程中扶手各测点的振动加速度信号，确定微耕机-土壤有限元模型的正确性；进行模态测试，分析发动机等五者的固有特性与扶手振动加速度的关系，探讨扶手强烈振动的原因。.本研究为设计低振动新型微耕机奠定理论基础，为降低其他小型田间作业机械的振动提供研究方案。

微耕机是目前我国西南丘陵山区主要的、不可或缺的田间耕作机具，也广泛用于温室大棚内的土壤耕作。同时，微耕机制造业是我国农业工业的重要组成部分，仅重庆生产的微耕机年销售量已超过100万台，产品不仅供应国内，还大量出口。然而，微耕机工作时振动强烈，导致操作者劳动强度大，健康受到严重威胁，工作效率降低。本项目研究微耕机的振动机理，旨在探索降低微耕机振动的途径，并为新一代田间耕作机具的研制奠定理论基础。.本项目基于ANSYS Workbench建立了微耕机扶手、旋耕刀、变速器的有限元模型，并分别进行了模态分析；采用LMS公司及PCB公司的设备仪器对微耕机扶手及刀辊分别进行了模态测试及分析；采用QLVC-ZSA1振动信号分析仪及压电式加速度传感器分别测试了在非作业状态、发动机处于怠速、中速、高速工况时微耕机发动机壳体、扶手的振动信号，并对其进行了时域和频域分析；对微耕机田间作业时扶手振动信号进行了测试及分析。.本项目基于有限元的研究，得到了微耕机扶手、旋耕刀、变速器的前6阶固有频率和振型；分析表明微耕机扶手及旋耕刀均以以弯曲和扭转为其主振型；变速器的整体刚度较高，激振频率不易使其产生共振，变速器整体变形不明显，对微耕机的振动特性影响较小；微耕机扶手模态测试表明有限元模态分析的结果比较理想，建立的扶手有限元模型能满足分析要求；微耕机刀辊模态测试为刀辊有限元模型的进一步完善奠定了基础；在非作业状态、发动机处于怠速、中速、高速工况时微耕机发动机壳体、扶手的振动信号时域分析表明，随着发动机转速升高，振动加速度逐渐增大，发动机壳体处的振动会随着发动机转速的提高而增大，扶手在怠速时的振动加速度值最大；频域分析表明，在中速和高速时扶手的最大能量频率集中在21Hz和27Hz，而怠速时振动频率集中在331～679Hz，这说明发动机空转时，在怠速情况下扶手处已变为高频振动，所以需对扶手的结构、材料、长度进行优化。在作业状态下，微耕机扶手处表现出强烈的前后方向振动。频域分析表明，35Hz的低阶频率是其主要原因。