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喷杆是弱阻尼的弹性体,由于不平路面的激励,喷杆式喷雾机在作业过程中易使喷杆产生运动,会引起喷杆的弹性变形,而这种弹性变形是造成喷雾沉积均匀性下降的主要原因之一。为了抑制喷杆在作业过程中的不规则运动引发的弹性变形,本文开展了如下研究:首先对喷杆构件进行了试验模态分析,而后建立了喷杆的有限元模型并进行了数值模态分析,依据试验模态分析结果和数值模态分析结果对模型的可靠性进行了验证。利用喷杆有限元模型从添加拉索、优化喷杆构件尺寸两个方面进行了喷杆结构动态特性优化。 本文主要研究内容和结论如下: 1.完成了喷杆构件试验模态分析。为获取喷杆构件真实的模态信息,以便于分析喷杆的动态特性、为后续的有限元模型可靠性检验提供依据,对喷杆构件进行了试验模态分析。激励方法为多点多方向激励,利用SD380动态信号分析求得所有频响函数后进行了模态参数辨识,最终求得了喷杆构件的模态信息。 2.完成了喷杆有限元建模与可靠性检验。(1)依据喷杆的结构,本文利用ANSYS平台建立了喷杆有限元模型并进行了数值模态分析,提取了前6阶非刚体模态。(2)考虑到模型可靠性,从频率相关性和振型相关性两方面进行了试验模态验证,具体验证结果为:前6阶固有频率的模态频率差都小于10%,振型的模态置信准则(MAC)都大于0.8,这说明该喷杆有限元模型及其包含的模态信息可用于工程研究。 3.分析了喷杆弹性变形主要来源。利用验证后的喷杆有限元模型在ADAMS中建立了具有弹性体喷杆的喷杆机架模型,进行了振荡、偏转和翻滚3种典型运动造成喷杆弹性变形的谐响应分析,结果为:振荡运动造成的喷杆弹性变形量最大值接近80mm、而偏转和翻滚运动造成的喷杆弹性变形量都小于10mm,这表明振荡是造成喷杆弹性变形的主要来源。因此,应优先抑制振荡造成的喷杆弹性变形。 4.通过在喷杆与机架之间添加拉索的方式进行了抑制喷杆弹性变形的研究。在喷杆机架模型中添加拉索,在0~10Hz的激励频率范围内,考察了以喷杆对称中心为原点向喷杆末端由近及远分布的4种拉索安装位置的对喷杆弹性变形抑制的效果,结果表明:拉索安装跨度过大或过小都不利于减小振荡造成的弹性变形,4种安装位置中最合适的为3/4喷杆位置处,此时喷杆的各处形变量均小于10mm,相对于未添加拉索时喷杆末端产生的近80mm弹性变形来说明显减小5.为提高喷杆动刚度而进行了结构优化。(1)以ANSYS为平台建立了一种由管型材料制造的喷杆参数化有限元模型,定义完各变量的初始值后对喷杆进行数值模态分析,为进一步结构优化提供条件。(2)依据喷杆参数有限元模型对喷杆的结构进行了优化,在喷杆总质量增加8.4%的情况下,使喷杆的一阶固有频率从9.16Hz增加到10.41Hz,避开了田间作业时激振频率范围。(3)在ADAMS中建立具有柔性体喷杆的喷雾机模型,对优化前后的喷杆作业性能在ADAMS中做了仿真对比,结果表明优化前喷杆末端在水平方向最大弹性变形Dbmax为39.6mm,均方根值Db为12.6mm;优化后喷杆在水平方向最大弹性变形Damax为10.1mm,均方根值D口为2.9mm,经过优化后喷杆水平方向弹性变形明显减小。