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自走式水田喷杆喷雾机喷杆悬架优化设计及试验研究

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自走式水田喷杆喷雾机喷杆悬架系统是大田作物植保机械的关键研究内容之一。在水田机车体与喷杆之间配备悬架系统，能够隔离水田喷雾机通过起伏地形时车体晃动对喷杆的扰动，同时可使喷杆主动跟踪低频的地面起伏，为施药系统提供一个稳定的作业平台，有效提高水田喷雾机的作业效果。目前，我国对于水田喷杆喷雾机的喷杆悬架结构的动力学行为研究还较少，本文在阅读大量相关文献的基础上，系统研究了喷杆悬架系统结构的动力学特性。针对机体-悬架-喷杆的整体动力学特性进行分析，研究了悬架系统的优化设计方法，减少了现有悬架的振动和变形，提高了喷雾作业质量。主要研究内容及相关结论如下： （1）自走式水田喷杆喷雾机喷杆悬架系统的初始结构模型构建及其动力学特性研究。根据喷杆悬架系统结构的特点，利用ANSYS Workbench软件建立了初始喷杆悬架系统结构的有限元参数化数值模型，并系统分析了模型结构的振动特性，为喷杆悬架系统的结构设计和参数优化奠定了基础。 （2）以结构动力学分析为基础，对喷杆悬架系统做进一步有限元分析，明确了设计变量与目标变量。运用Design Xplorer优化模块对模型结构进行响应曲面分析，获取其响应值并系统分析目标参数对设计参数的灵敏度，为目标驱动优化奠定基础；从多方面考虑，对优化模型结构进行多目标驱动优化，确定最优设计值，并将设计点反馈到模型结构中和优化前结构模型分析作对比，得出模型结构的最大整体变形位移分布。 （3）喷杆悬架系统结构数值模型验证试验。提取优化后的结构模型参数，并对其进行圆整，然后根据实际加工工艺搭建喷杆悬架系统，运用模态分析试验的方法验证结构模型在实际作业中的可靠性。根据实际情况将喷杆悬架系统固定安装在自走式水田喷雾机上，对实体模型进行相关性试验验证。结果显示，喷杆悬架系统结构的前 6 阶试验模态和其计算模态对应振型的频率误差均在 10%范围内。对于同阶次模态，其MAC值在0.8以上；对于处在不同阶次的模态信息，其MAC值在0.1以下。由模态信息相关性准则可知,该数值模型结构符合工程实际要求,对实际工程项目的研究具有指导意义。 （4）喷杆悬架系统结构的随机振动仿真及分析。在ANSYS Workbench软件中构建自走式水田喷杆喷雾机的整机刚柔混合模型，通过模拟路面功率谱密度PSD为激励源的随机振动，分析了喷杆悬架系统结构的振动响应情况和动应力分布情况。数值模拟结果表明，在随机振动过程中，优化后喷杆悬架系统的最大动应力为7.847MPa,优化前后的结构模型最大位移响应分别为7.8mm、9.4mm,其位移响应量波动较小。优化后喷杆悬架系统在质量减少的情况下，模型结构的随机振动响应位移没有明显增加，其共振频率区仍然符合要求，对实际研究具有指导意义。

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