旋耕机工作载荷测试及载荷谱编制

发布时间：2020-05-08 07:02

【摘要】：零部件的载荷谱可以为零部件的设计提供数据支持,由于缺乏载荷谱,旋耕机设计中很少考虑零部件工作时循环载荷作用下产生的疲劳损伤问题。本文设计了旋耕机工作载荷测试系统,用该测试系统对旋耕机工作载荷进行了田间试验,并在实测工作载荷的基础上编制了载荷谱,为旋耕机的设计提供理论数据。主要研究内容如下:(1)载荷情况分析及贴片位置确定。针对旋耕机实际工作情况的特殊性,确定采用应变测试的方法,通过万向节上的扭矩载荷反应旋耕机工作载荷;应用ANSYS Workbench有限元分析软件对万向节的受力进行仿真分析,确定应变片粘贴位置为距万向节动力输入端0-67mm的部位,方向为沿万向节轴向±45°。(2)载荷测试装置设计。针对扭矩测量中的信号传输问题,本文以STM32单片机为微控制器,开发出一种工作可靠、传输速率高的无线扭矩测试装置,其中包括传感器模块、电源模块、信号调理模块以及无线数据传输模块,并基于Keil软件,编写了测试装置的软件程序,包括系统主程序、A/D转换子程序、无线数据发送子程序等,并通过串口助手在计算机上显示万向节的实时载荷数据。(3)旋耕机工作载荷测试。使用并联电阻标定法对所设计的传感器进行了标定试验,得到扭矩和电桥的输出电压关系为M(28)6.7025×U_o-88.296,则输入扭矩在0-1326N·m范围之间对应的输出电压范围为13.000-211.000 mv。在不同工况下利用测试系统进行载荷实地测量,根据旋耕机工作过程中耕深的变化,将测试区域划分为加速区、稳定区以及减速区。通过对稳定区测试数据统计分析,本系统通讯状态稳定,数据有效率为99.05%。(4)旋耕机工作载荷谱编制。取出稳定工作区域的载荷数据,并提取有效数据;根据标定结果,利用幅值门限法取出标定范围内的载荷数据,得到稳定区工作扭矩范围在514.929-1185.179N·m之间;分析不同情况下的扭矩特征,将相同耕深不同耕速的扭矩载荷数据合并,根据公式t(28)M W将稳定工作区域的数据转换为对应的切应力值,利用雨流计数法将取出后的峰谷值进行计数统计,编制出对应耕深下的载荷谱。通过对载荷谱分析可以得到以下结论:耕深为16cm时,幅值频次最高在均值27.96MPa组,共出现5545次,约占总频次的37.52%;耕深为10cm时,幅值频次最高在均值23.49MPa组,共出现9574次,约占总频次的67.34%。将均值进行一元化处理,得到耕深为16cm时载荷均值为864 N·m,耕深10cm时的载荷均值为784 N·m。
【图文】：

模型图,万向节,网格划分,模型

利用 Workbench 有限元分析软件对万向节受扭矩作用时的表面形变量论研究，，通过对仿真结果进行分析可以为应变片的粘贴位置提供指导量提供数据支撑。节有限元模型建立与网格划分 Workbench 中绘制三维图较复杂，本研究使用 SolidWorks 三维建模软三维实体模型，为了确保分析模型能够真实反映万向节的表面形变量型的几何参数根据实际测量数据来设定，将万向节三维模型文件保存软件中打开的 Parasolid(*.x_t)格式。在 Workbench 中建立万向节的分析表 2-1 万向节的材料数据设置 Engineering Data。将万向节三维模型项目，在 Mesh 下利用自动化分工具对模型进行网格划分。表 2-1 为万及材料数据，图 2-4 为处理后的万向节有限元模型。表 2-1 万向节的相关尺寸及材料数据Table 2-1Related dimensions and material data of the universal jointm 内径/ mm 长度/ mm 材料泊松比密度/ kg/m3弹性模47 200 合金钢 40Cr 0.3 7850 2.06×

惯性载荷,加载,万向节,扭矩

图 2-5 惯性载荷加载图Figure 2-5 Inertial load loading diagram简化分析，在 Support 中选择 Fixed Support，将万向节的右端面设置为 2-6 所示。图 2-6 固定约束加载图Figure 2-6 Fixed constraint loading graph左端为万向节旋耕机的扭矩输入端，从该端输入的扭矩全部作用于旋
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S222.3

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