稻麦油收获机作业环境复杂、振动激励较多,易引发驾驶员的不舒适感。当外部激励与收获机机体产生共振时,不舒适感尤为剧烈,长期在该环境下作业,不仅会导致驾驶员人体产生疲劳,而且还会造成神经损伤、脊柱损伤等问题。因此,必须综合考虑作业环境与振动激励等因素对收获机振动舒适性的影响,对收获机的结构进行改进与优化以提高其振动舒适性与可靠性。本研究以某稻麦油收获机为研究对象,综合运用机械振动理论与多体系统动力学理论,采用Solidworks、HyperMesh、ANSYS以及RecurDyn等软件相结合的方式,创新地建立了收获机人-机-路面系统刚柔耦合多体动力学模型,并在其基础上对收获机的振动特性进行仿真分析;之后,采用动态信号分析仪对收获机进行振动测试,并将测试结果与仿真分析结果进行对比,验证系统的虚拟样机模型,并以此为基础,对收获机的振动舒适性进行仿真分析与计算;最后,采用HyperMesh软件对收获机车身进行模态分析与计算,并根据模态分析结果对车身骨架进行了尺寸与拓扑优化,提高车身的一阶固有频率,以免车身与相关激励产生共振。主要研究内容和结论如下:1.创新地建立了稻麦油收获机的刚柔耦合混合模型。分别采用Solidworks与RecurDyn软件低速履带模块创建收获机主机体以及履带行走结构的刚体模型,并将其进行组合,创建收获机整机刚体模型;采用HyperMesh软件建立收获机车身柔性体,并将其导入ANSYS软件进行相关处理,之后,采用RecurDyn软件模态柔性体模块创建车身的模态柔性体模型,并将其与整机刚体模型进行组合,建立收获机的刚柔耦合混合模型。2.创新地建立了稻麦油收获机人-机-路面系统的刚柔耦合虚拟样机模型。根据国标GB 10000-88《中国成年人人体尺寸》及GB/T 17245-2004《成年人人体惯性参数》,采用Solidworks软件建立驾驶员坐姿人体几何模型;根据国标GB 7031-86《测量振动输入-路面平度表示方法》及ISO/DIS 8608《机械振动-路面纵剖面-测量数据报告方法》,采用谐波叠加法编写路面谱文件,建立田间路面激励模型;基于RecurDyn软件平台,将收获机的刚柔耦合混合模型与人体模型及路面激励模型相结合,根据收获机各部件之间的运动关系,施加约束与驱动,建立收获机的人-机-路面系统的刚柔耦合虚拟样机模型,并在其基础上对收获机的振动特性进行仿真分析;采用动态信号分析仪对收获机进行振动测试,并将测试结果与仿真分析结果进行对比,验证系统的虚拟样机模型。3.采用仿真分析与试验研究相结合的方法,对稻麦油收获机作业时驾驶员的振动舒适性进行了分析与评价。基于收获机的人-机-路面系统的刚柔耦合虚拟样机模型,参照国标《GB/T10910-2004农业轮式拖拉机和田间作业机械驾驶员全身振动的测量》及《GB/T13876-2007农业轮式拖拉机驾驶员全身振动的评价指标》,针对不同的行驶速度与路面激励,对收获机驾驶员的振动舒适性进行仿真分析与评价,探索行驶速度与路面激励不平度对收获机振动舒适性的影响;采用动态信号分析仪对收获机的振动舒适性进行测试分析与评价,并将其结果与仿真分析进行对比,发现收获机振动测试与仿真分析结果具有较好的一致性,说明所建立的人-机-路面系统刚柔耦合虚拟样机模型是有效的,其精度基本满足收获机振动舒适性分析要求。4.综合振动测试与仿真分析结果发现,收获机进行稻、麦、油收获作业时,其振动舒适性较差,行驶速度与路面激励不平度对收获机振动舒适性具有较大影响,以较高车速行驶时,驾驶员垂向振动强度明显高于较低车速时的振动强度;在硬度较大的路面行驶时,驾驶员的主观振动感明显强于松软路面的振动感;分析振动信号功率谱密度发现,座椅支承面处纵向(X轴)振动的峰值频率约为14Hz,而横向(Y轴)与垂向(Z轴)振动的峰值频率则约为7Hz,说明传递到驾驶员人体的振动能量主要源于割刀与脱粒滚筒激励。5.采用尺寸优化与拓扑优化技术对收获机车身结构进行了优化。采用HyperMesh软件对收获机车身进行模态分析与计算,发现车身的第一阶固有频率为7.29Hz,与割刀激励频率(7Hz)比较接近,故易引发共振。为避免收获机车身与割刀激励产生共振,采用OptiStruct尺寸优化与拓扑技术对车身骨架结构进行优化,经尺寸优化后的车身第一阶模态频率由7.29Hz提升到8.63Hz,车身质量下降了0.006t,经拓扑优化后的车身第一阶模态频率由7.29Hz提升到8.49Hz,车身质量下降了0.107t。