油菜联合收获机纵轴流脱粒滚筒振动特性分析及优化

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近年来油菜全程机械化产业在持续发展,收获环节是其中的主要进程。联合收获机由于其高效省时的特点,而被广泛的应用与发展。但国内油菜联合收获机整机振动噪音仍较为剧烈,导致结构易损坏稳定性差等问题。纵轴流脱粒滚筒作为整机中负载最大的部件,也是脱粒清选环节中较关键的一环,滚筒的稳定运转不但影响着脱粒性能,还影响着整机稳定性。联合收获机在工作中存在多个振动源,脱粒滚筒既是振源之一,同时也受到其它振动激励的影响,存在共振的风险。因此本文将从滚筒自身的运转稳定性与避免结构共振两方面展开。本文的主要研究内容包括:(1)油菜联合收获机整机振动试验。针对纵轴流滚筒油菜收获机田间工作振动较大的问题,使用DHDAS动态信号分析仪研究其整机在5种工况下的振动特性。整体振动频率集中在0~150Hz低频区间,其中滚筒前端受到的主要振源为割刀的横向振动,频率为6.8Hz。后端受发动机引起的二倍频73.4Hz的竖直振动影响较大。在油菜喂入后滚筒上的振动加速度由2.4 m·s-2增加至3.6 m·s-2增加了51%。(2)针对纵轴流脱粒滚筒田间试验下振动加剧的问题,根据转子动力学理论,提出了自激振动与受迫振动两个振动变形的主要成因,分析转子系统的涡动和回转效应对其临界转速和自身固有频率的影响。以及转子边界条件中油膜力的形成机理,并将其简化为双向的阻尼刚度模型。建立了脱粒滚筒的振动力学模型,为后续仿真模型提供理论依据。(3)求解脱粒滚筒坎贝尔图分析其临界转速。分别对比考虑轴承阻尼与无阻尼转动的临界转速值,得出油膜轴承作为转子的边界条件会降低其一阶临界转速的值。并且一阶临界转速为1127rpm,在正常工作转速900rpm的±15%内,存在发生自激振动的风险。对滚筒进行谐响应分析,根据动平衡标准添加不平衡量。结果表明中端幅盘对不平衡量的抵抗程度较差,杆齿在共振时的变形量最高达到10.6mm。模态得到有阻尼脱粒滚筒模型前8阶固有频率与振型图,对比得出滚筒在23Hz与30Hz易发生振动耦合现象。(4)纵轴流脱粒滚筒的仿真分析可能会存在建模或者精度问题,故为验证仿真理论结果的可靠性,对纵轴流滚筒开展试验模态的测试。使用多点激励单点接收的方式,在滚筒上布置21个测点,使用DHDAS东华测试仪以及激振力锤测试得其实际前8阶固有频率。其中前三阶频率为21.3Hz、23.4Hz、29.1Hz。与仿真得到的频率相近误差为7.3%证明仿真得到的固有频率数值较为准确。依次进行模型的尺寸优化,降低滚筒质量并提升了其一阶固有频率,提升了自身临界转速。
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