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《华南农业大学》 2017年
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果园电动履带底盘轻量化与动力学研究

范思宇  
【摘要】:开发小型果园运输机具对于提高果农工作效率,促进果园机械化发展具有重要的意义。为满足果园运输机灵活性、轻便性及节能性需求,本文研制了一套电动遥控式履带运输机,建立并验证了运输机车架有限元模型,采用结构优化的方法对运输机车架进行了轻量化设计。建立并验证了履带运输机动力学模型,通过动力学仿真的方法得到了特殊地形条件下的车架受力危险点,结合动静力学仿真软件对轻量化设计后的车架进行了有限元校核。主要研究内容及结果如下:(1)确定了电动履带运输机系统的主要参数,进行了运输机动力部件的布局设计。(2)构建了履带运输机车架有限元模型,模拟分析了车架在弯曲和扭转工况下应力应变分布,并通过静态电测试验得到了车架横梁处6个测点的应力值,实测值与计算值大致吻合。针对弯曲、扭转两种典型工况应力条件采用结构优化的方法对履带运输机架进行了轻量化设计,根据优化结果重新设计了车架结构,对优化后的车架结构进行了有限元模拟分析,结果表明轻量化设计后的车架在满足强度和刚度的条件下,车架质量减轻8.82%。对轻量化后的车架进行了疲劳寿命分析,其结果表明最小疲劳寿命约为58713h,远大于理论计算值36500h,该点位于横梁与履带总承连接处。(3)构建了履带运输机动力学模型,以平地加速工况下的车体质心垂向加速度为指标对实车与动力学模型进行了对比分析,其结果表明实车与动力学模型的垂向加速度变化趋势基本一致。对履带运输机在30?坡度角以及越壕两种特殊条件下的通过性进行了仿真试验,得到了两种条件下运输机受到的冲击载荷,其结果表明运输机通过性能良好,爬坡度角为30?的瞬间履带运输机第一承重轮所受冲击载荷约为3700N,越壕瞬间第二承重轮所受冲击载荷约为4000N。进行了冲击载荷作用下车架受力的有限元校核,结果表明车架在冲击载荷作用下最大应力应变均有所增加,但仍然在车架可承受的范围内。(4)建立了驱动轮后置情况下的履带系统受力函数式,以任意一块履带板为研究对象,推导出在履带运输机平整路面行驶过程中履带间张紧力的计算公式,通过算例计算得到了该履带板在随着驱动轮旋转卷绕过程中的受力情况,结果表明履带间张紧力变化呈现一定的周期性,在不同的位置数值也随之不同。
【学位授予单位】:华南农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S229.1

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