秸秆揉碎机是我国自行研制的一种介于切草机与粉碎机之间的新型饲草加工设备,主要由揉碎装置和叶片式抛送装置两部分组成,秸秆经揉碎装置揉碎后由抛送装置抛出机外。叶片式抛送装置抛送物料的过程中,抛送叶轮需要承受高速旋转产生的机械离心力、叶轮重力以及高速气固两相流产生的压力等,而且伴随着振动和冲击,因此抛送叶轮的静态和动态性能直接影响整个叶片式抛送装置的工作性能。为了保证抛送装置安全、可靠、稳定地运行,本文在对9R-40型秸秆揉碎机叶片式抛送装置内气固两相流流场模拟计算基础上,以抛送叶轮为研究对象,采用单向流固耦合的方法对其进行有限元分析,得到抛送叶轮在空气与物料两相流压力、离心力及重力等载荷综合作用下的应力分布和应变情况;基于有限元模型进行抛送叶轮自由模态仿真,采用激光测振技术测得抛送叶轮自由模态频率及振型,验证仿真结果的可靠性;在有限元模态分析可信的基础上,进一步分析抛送叶轮的预应力模态及工况共振情况;对比分析不同叶轮结构参数对其应力、应变及振动模态的影响,以抛送叶轮结构参数(叶片厚度、架板半径及架板厚度)为设计变量对其进行动态优化。研究结果表明:(1)抛送揉碎后的玉米秸秆时叶轮最大等效应力为48.98MPa,出现在叶片与加强板和圆形架板外边缘连接处,应变与应力的变化趋势相同;叶轮最大变形量为0.046mm,出现在叶片外边缘,叶片整体存在向外扩张并沿切向弯曲的趋势。经过校核,叶轮强度和刚度满足要求。(2)叶片厚度对叶轮的最大应力、应变及总变形影响较小;叶片长度增大,叶轮最大等效应力、应变随之减小;叶轮转速增加,最大等效应力、应变及变形量随之增大;加强筋结构能够减小叶轮的等效应力、应变及总变形;叶轮应力及应变分布规律不随叶片长度、叶片厚度、工况转速及有无加强筋而改变。(3)试验模态与计算自由模态频率最大相对误差为3.99%,各阶振型基本相同,最大振幅的位置基本一致,试验证明有限元模拟结果可信。(4)预应力使各阶模态频率有所提高,其中第1阶和第2阶频率增大较明显。(5)共振分析显示抛送揉碎后的玉米秸秆时,叶轮第1阶预应力模态频率与激振基频避开率满足要求,但第2阶和第3阶频率分别与激振频率2倍频和3倍频接近。为了改善叶轮的动态特性,需对其进行优化。(6)架板厚度对预应力模态低阶频率影响最大,叶片厚度次之,架板半径影响较小;抛送叶轮优化后一阶频率避开率由21.98%提高到35.82%,二阶频率避开率由8.76%提高到11.11%,三阶频率避开率由4.27%提高到7.55%,叶轮总质量减小了0.31Kg。优化后叶轮强度和刚度均能够满足工况要求,优化结果可行。