高速水稻插秧机车架的轻量化设计.pdf

第28卷第3期
农业工程学报
Vol 28 No.3
2012年2月
Transactions of the CSAE
Feb.2012
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高速水稻插秧机车架的轻量化设计
张娜娜,赵匀,刘宏新
(1.浙江理工大学机械与自动控制学院,杭州310018;2.东北农业大学工程学院机械工程系,哈尔滨150030)
摘要:以某型号高速水稻插秧机车架为研究对象,利用三维建模软件UG对其参数化建模,并导入有限元分析软件
ANSYS Workbench中对水稻插秧机车架进行有限元分析。该文进行了车架的应力计算,并对主要变形部位进行应力试验
测量,将计算结果与田间试验数据进行对比,验证了有限元计算的正确性。以有限元分析结果为依据,建立了车架优化
设计模型,通过计算提出较为合理的车架轻量化设计方案,经优化及结构改进,车架质量降幅达16.77%,证明了该优化
方案的经济性和可行性。
关键词:农业机械,有限元法,设计,车架, ANSYS Workbench,轻量化
doi:10.3969isn.1002-6819.2012.03.010
中图分类号:S223.9112
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2012)-03-0055-05
张娜娜,赵匀,刘宏新.高速水稻插秧机车架的轻量化设计[J].农业工程学报,2012,28(3):55-59
Zhang Nana, Zhao Yun, Liu Hongxin. Light design of frame for self-propelled chassis rice transplanter J]. Transactions of the
CSAE, 2012, 28(3): 55-59.(in Chinese with English abstract)
0引言
1车架有限元模型的建立
高速水稻插秧机车架的重量及其分布和动静态特性
由于该车架结构比较复杂,建模过程相对繁琐,对
直接影响整车的转向、过埂和田间通过性能。因此,选于同种车型,整体结构变化不大,只是车架结构的部分
择合理的车架结构形式及尺寸参数对其进行优化设计,
尺寸有所不同,建模时存在大量机械式重复。针对车架
使其具备良好的以上特性是十分重要的
结构的复杂性和建模过程的规律性,选择参数化建模,
高速水稻插秧机底盘重量在整车的重量中占有很大避免重复的同时缩短了设计周期。因此,本文利用
的比重,同时其成本也在整车成本中有着举足轻重的位维建模软件UG建立车架的几何模型,实现了几何建模的
置。目前,国内对插秧机结构件的设计与研究主要集中参数化。同时利用UG与有限元分析软件 ANSYS
在栽植机构并且取得显著的成果,对车架方面的研究相 Workbench的接口,将模型导入并进行有限元分析。
对较少,国内生产用的高速插秧机自走底盘主要部件(液1.1有限元分析模型的建立
力传动和无级变速)依靠进口和外资企业生产,这在很
该水稻插秧机车架为空间薄壁梁结构,由两根纵梁
大程度上提高了插秧机的成本。而日本的自走底盘在发四根横梁、拱起的支撑梁以及两根连接纵梁组成。车架
展过程中吸收了汽车行业的先进技术,例如无级变速和长约1650mm,整个车架是一个前低后高的变高度空间
液力驱动,大大提高了底盘的成本,这些功能对水田插结构。纵梁为空心矩形截面,第一横梁为空腹矩形截面
秧质量没有实际作用。水田自走底盘的研发成为制约水端横梁,第二横梁为环型截面穿横梁,第三、四横梁分
稻插秧机等水田操作机械的“瓶颈”问题。本文利用三别为矩形截面和环形截面横梁,连接纵梁为槽形截面梁。
维建模软件 Unigraphics(简称UG)对插秧机车架进行整个车架结构参见图1,其相关的参数见表1。
几何建模,同时利用大型有限元分析软件 ANSYS
Workbench对高速水稻插秧机车架进行有限元分析,并对
其进行轻量化设计。
收稿日期:2010-11-11修订日期:2010-12-17
基金项目:国家自然科学基金项目(50875244)
作者简介:张娜娜(198一),女,主要从事农业方面机构的分析与综合方
面研究。杭州淅江理工大学机械与自动控制学院,310018
Email:happynahappy(@yahoo.com.cn
1.纵梁(空腹矩形截面)2.拱形支撑梁(箱形截面)3.支撑纵粱(槽
※通信作者:赵匀(1943-),男,教授,博士生导师,主要从事农业机形截面)
械设计和理论分析与机构动力学和优化方面研究。枕州淅江理工大学机械
图1车架结构的几何模型
与自动控制学院,310018.Email:zhaoyun@zslu.edu.cn
Fig 1 Geometry model of frame structure
方数据