【摘 要】
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近年来随着乡村振兴政策的落实,我国农业发展迅速,科学水平也逐渐提升,农业装备逐渐智能化、先进化,极大提高了我国生产力。但国内关于联合收割机健康监测系统方面的研究还未完善,其原因在于对其结构可靠性方面了解不够充分,尤其是多因素对结构的耦合关系没有充分考虑。因此,对联合收割机结构进行可靠性分析与健康状态监测研究具有重要的现实意义。本文先以典型联合收割机为研究对象,根据已有的国内外联合收割机工况的基础上
【基金项目】
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国家重点研发计划子课题项目（编号:2018YFC0809005）:基于多源数据分析的机电类特种设备典型故障预测技术研究； 江苏省农业自主创新资金项目（编号:CX（20）3060）:基于正逆向特征参数融合的大型收割机健康监测关键技术研究；
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近年来随着乡村振兴政策的落实,我国农业发展迅速,科学水平也逐渐提升,农业装备逐渐智能化、先进化,极大提高了我国生产力。但国内关于联合收割机健康监测系统方面的研究还未完善,其原因在于对其结构可靠性方面了解不够充分,尤其是多因素对结构的耦合关系没有充分考虑。因此,对联合收割机结构进行可靠性分析与健康状态监测研究具有重要的现实意义。本文先以典型联合收割机为研究对象,根据已有的国内外联合收割机工况的基础上,展开对联合收割机结构可靠性的分析,包括动力学分析与静力学分析,确定收割机割台的易损伤部位。通过建立基于响应面的灵敏度分析模型,获得各因素对割台结构可靠性的影响程度及规律。进而开展了收割机结构疲劳寿命研究,研究了割台结构疲劳裂纹萌生寿命与疲劳裂纹扩展寿命。针对联合收割机待监测参数设计研发了收割机结构健康状态监测系统,本文相关工作内容如下:（1）收割机结构强度分析。通过Solidworks建立收割机三维模型,利用正交试验对多因素下的收割机工况进行分类后,选取5种工况因素。在工况分类的基础上,利用Adams软件对收割机进行多体动力学分析,提取49种工况下的收割机割台部分载荷。在Ansys软件中施加动力学仿真分析所提取的割台载荷,进而对割台进行静力学分析,确定了割台结构最易损伤位置为拨禾轮支撑座处,最大应力值为154.79MPa,小于结构的最大许用应力167.86MPa,满足强度设计准则。（2）割台结构灵敏度分析。针对实际工况下结构可靠性影响因素复杂多样的特点,提出一种基于响应面修正敏度模型的结构可靠性影响因素分析方法。通过融合最优多项式响应面函数与Sobol’灵敏度算法,推导出兼顾多影响因素局部与全局灵敏度分析的响应面修正灵敏度模型。研究结果表明:脱粒滚筒转速的灵敏度为0.379,对结构可靠性影响最大,而粮仓负载的灵敏度为0.026,对结构可靠性影响最小。（3）收割机疲劳寿命分析。选用名义应力法作为主要的研究方法,通过Ncode软件对收割机割台结构进行疲劳寿命分析,结果表明在工况8下,其应力循环次数最小,即约为1.26×104次,符合实际使用情况。利用多种概率分布模型对割台疲劳寿命进行分析,确定各概率分布方法的拟合效果。在静力学分析基础上,设置割台裂纹参数,基于扩展有限元法,研究在割台裂纹长度从1mm变化到23mm下应力强度因子从3.563增加到80.865的变化规律。（4）收割机健康状态监测系统的研发。根据有限元分析结果,拟定收割机的振动、应力与倾角为监测对象,设计实现了收割机健康状态监测系统。系统的上位机部分主要实现信号显示与保存,阈值报警等。下位机部分完成对硬件设备的调试,数据传输与采集等。最终对收割机健康监测系统进行试验研究,测试结果显示:振动测量相对准确,各测点振动相差不大且稳定性较好;应力测量稳定性较好,精度为94.60%。
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