林业机械化是林业现代化的重要标志。我国室内木材加工机械,与国际先进水平持平。但户外和山地作业机械却十分落后。根据林区生产实际需要,研发出一种环保型多功能轮式集材机,但该轮式集材机难以应对复杂的林地环境,为此选用三角履带代替传统的轮胎,这样既可以增加集材机的接地面积,降低了接地比压,改善集材机的通过性,还可以增大集材机的附着力及牵引力,提高集材机的爬坡能力及趟载量。在坡地工况时,安装有三角履带的集材机与传统整体履带式集材机相比,三角履带式集材机的分体结构能拥有更高的接地面积。因此,三角履带式集材机是集轮胎式集材机和传统履带式集材机的优点于一身,是集材机未来发展的一个方向。三角履带式集材机的工况十分复杂,三角履带除了支撑车身的重量,还要承受来自集材、装卸、修路等作业载荷作用。并且三角履带式集材机在行走过程中,由路面不平产生的随机冲击载荷使三角履带的受力变得更加复杂。而三角履带的框架结构是三角履带中核心的承载部件,框架结构的安全稳定对三角履带式集材机的安全运行有着非常重要的作用。如果在生产中发生破坏,不但会导致集材机的损坏,还会影响木材生产进度,产生一定的经济损失。因此,开展对框架结构的研究是十分必要,对于保证三角履带式集材机安全生产具有实际意义。本文对集材机用三角履带框架结构进行系统的研究。在研究过程中,主要采用实地调查、理论分析、数学模型优化、虚拟样机仿真分析及物理样机试验验证等多种方法相结合的方式,针对三角履带主参数的选取、框架结构的静力学、动力学、优化设计及疲劳寿命的预估等多方面进行研究。具体的研究内容如下:(1)通过对三角履带的构成及其作用的分析,结合林内工况,提出了适用于集材机用三角履带总体布置方案,确定了三角履带关键参数取值范围,并借助MATLAB软件针对三角履带关键参数进行了优化选取。从而完成了框架结构的设计。(2)利用力学理论知识,采取整体到局部的受力分析方法,获得了匀速直行工况、匀速坡道直行工况、匀速坡道横向直行工况及匀速转向工况的受力情况,建立了四种工况框架结构所受载荷数值汇总表。在此基础上,借助ANSYS Workbench平台进行了四种工况的数值计算模拟。通过数值计算了解到工况三即匀速坡道横向直行工况是四种工况中最危险工况。并在此基础上,通过优化后本框架结构主材方形钢管的壁厚由5mm变为3.5mm,其他规格保持不变。(3)利用SolidWorks软件、RecurDyn软件构建了三角履带式集材机的动态仿真平台,联合ANSYS Workbench平台完成了刚柔耦合仿真模型的创建。在此基础之上,通过框架结构的刚柔耦合仿真得到了框架结构在匀速直行工况、匀速坡道直行工况、匀速坡道横向直行工况和匀速转向工况四种工况下的动态应力云图,以及最大等效应力的出现位置和时间历程。(4)利用MATLAB和三角履带式集材机随机动态仿真平台获得了雪地、D、E、F四种路面工况下框架结构的振动时间历程。采取快速傅里叶变换对振动时域信号进行频域转换,并展开了三种工况振动频谱图形及峰值比较分析。从三轴分解振动频谱来看,在X轴(集材机的前进方向)上的振幅峰值是逐渐降低的。而Y、Z两轴上的振幅峰值是逐渐增高的。(5)在D、E、F三种路面工况上进行了物理样机试验,获得了三种工况下的框架结构的三轴振动时间历程。对数据进行处理,并与仿真数据进行对比。得到D、E两种路面工况的仿真分析结果与振动测试结果基本一致。而F路面工况的仿真分析结果与振动测试结果相比误差较大,不建议采用三角履带式集材机动态仿真平台进行仿真代替实测值。(6)利用ANSYS Workbench软件对框架结构进行了随机振动分析,对比了有无防翻转装置框架结构在高低速两种工况时最大等效应力值。结果表明,防翻转装置在三角履带系统中不只是起到防翻转的作用,还可以改善三角履带框架受力情况。通过借鉴乘用车悬挂系统的计算公式及经验系数所计算得到了弹簧刚度K与减振器阻尼系数δ值,并以此值为基础以500为梯度左右两侧分别取值,利用排列组合的方式分别进行框架结构F级路面载荷随机振动分析,建立了最大等效应力汇总表。通过对表中的数据得到了最优解分别为K=24635、δ=63443。(7)通过瞬态疲劳寿命分析得到,最小的失效循环位置与有防翻转装置F级路面工况随机振动分析最大等效应力位置相同,证明了试验方法的可行性,并验证试验数据的可靠性。通过时域疲劳寿命分析得到了框架结构的使用寿命为连续使用2767天,并通过频域分析疲劳寿命分析方法验证了时域疲劳寿命分析得到的疲劳寿命正确性。