大型轮式收获机械车架疲劳可靠性分析方法研究

发布时间：2018-05-02 23:57

  本文选题：收获机械 + 车架　； 参考：《中国农业大学》2016年博士论文

【摘要】：随着农业装备现代化水平的提高,功能的日益复杂化以及用户对农业装备安全、可靠性要求的不断提高,农业装备的使用寿命和可靠性越来越成为农机领域亟待解决的严峻问题。本文以大型轮式收获机械为对象,对车架的受载特性、疲劳寿命、疲劳可靠性等进行分析和研究,在研究过程中以功率密度理论为基础,提出了新的疲劳分析方法和可靠性分析方法。具体内容如下：(1)对收获机械车架工作状态下的受载特性进行分析。以玉米收获机为例,概述其整机布置情况,分析各工作部件的质量、重心及其对车架承受载荷的影响。设计路面不平度测试试验,利用五轮仪测量田间随机路面的高程数据,基于谐波叠加理论对路面进行重构,并编制路面文件。以振动方程为依据,构建收获机械整机动力学模型,研究收获机车架在工作过程中随机激振作用下的受载特性和疲劳性能；在动力学分析软件ADAMS中构建玉米收获机整机动力学分析模型,利用实测路面谱重构生成的路面,分析车架在田间随机路面工作过程中的受载特性。(2)针对玉米收获机车架,建立有限元模型,根据各部件在车架上的布置位置及方式,施加载荷和约束,分别利用静态载荷与动态载荷对车架的应力分布及变化情况进行分析。设计动态载荷信号采集试验方案,根据有限元分析结果和实际工作故障统计数据,选取车架上的危险点进行动态载荷信号的采集,获得田间实际工作路面上玉米收获机满载工况下车架危险位置的动态载荷-时间历程,为本文后续的车架疲劳分析和寿命预测等提供数据支持。(3)提出基于功率密度理论的疲劳分析方法。针对传统疲劳分析理论未考虑载荷频率影响的不足,在功率密度理论的基础上,提出功率密度疲劳分析方法,该方法同时考虑应力载荷的幅值和频率2个因素对疲劳寿命的影响。在实测载荷基础上,分别利用功率密度疲劳分析方法和名义应力法对玉米收获机车架的疲劳寿命进行预测,得到各危险点的疲劳寿命并进行对比,结果表明本文提出的方法对玉米收获机车架疲劳寿命的预测更接近实际工作寿命。(4)基于功率密度理论提出了疲劳可靠性分析的新思路。以应力-强度干涉模型为基础,结合功率密度理论,提出了基于功率密度理论的可靠度分析模型——功率密度干涉模型。从可靠度与应力幅值的关系推导出可靠度与功率密度的关系,提出基于功率密度的无限寿命可靠度模型,并根据田间地面上车架各测点所得到的功率密度分析得出：该车架达不到95%可靠度下的无限寿命的设计,其无限寿命的可靠度为O。
[Abstract]:With the improvement of agricultural equipment modernization level, the function becomes more and more complicated, and the requirements of users for the safety and reliability of agricultural equipment are improved. The service life and reliability of agricultural equipment are becoming more and more serious problems in the field of agricultural machinery. In this paper, the load characteristics, fatigue life and fatigue reliability of the frame are analyzed and studied, and the power density theory is used in the research. A new fatigue analysis method and a reliability analysis method are proposed. The concrete contents are as follows: (1) the load characteristics of the frame of the harvesting machine are analyzed. Taking corn harvester as an example, the layout of the whole machine is summarized, and the quality, center of gravity of each working part and its influence on the load bearing on the frame are analyzed. The road surface unevenness test was designed and the height data of random pavement in the field were measured by five-wheel instrument. Based on the harmonic superposition theory, the pavement was reconstructed and the pavement documents were compiled. Based on the vibration equation, the dynamic model of the harvesting machine was constructed, and the load characteristics and fatigue performance of the frame of the harvester under the action of random excitation during the working process were studied. The dynamic analysis model of corn harvester was constructed in the dynamic analysis software ADAMS. The road surface was reconstructed by the measured road surface spectrum, and the loading characteristics of the frame during the work of random road surface in the field were analyzed. The finite element model is established and the stress distribution and variation of the frame are analyzed by static load and dynamic load according to the position and mode of each component on the frame. The dynamic load signal acquisition test scheme is designed. According to the finite element analysis results and the actual working fault statistics data, the dangerous point on the frame is selected to collect the dynamic load signal. The dynamic load-time history of the dangerous position of the frame under the full load condition of corn harvester on the actual road surface was obtained. A new fatigue analysis method based on power density theory is proposed to provide data support for frame fatigue analysis and life prediction in this paper. The traditional fatigue analysis theory does not consider the influence of load frequency. Based on the power density theory, a power density fatigue analysis method is proposed. The influence of amplitude and frequency of stress load on fatigue life is considered in this method. On the basis of measured load, the fatigue life of corn harvester frame is predicted by power density fatigue analysis method and nominal stress method, and the fatigue life of each dangerous point is obtained and compared. The results show that the method proposed in this paper is closer to the actual working life of the frame fatigue life prediction of corn harvester. Based on the power density theory, a new idea of fatigue reliability analysis is put forward. Based on the stress-intensity interference model and the power density theory, a reliability analysis model based on the power density theory is proposed. The relationship between reliability and power density is derived from the relationship between reliability and stress amplitude, and an infinite lifetime reliability model based on power density is proposed. According to the analysis of the power density obtained from the measuring points of the frame on the field, it is concluded that the infinite life of the frame can not reach 95% reliability, and the reliability of the infinite life of the frame is O.
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S225

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