喷雾机喷杆轻量化设计及动态特性分析

发布时间：2020-11-14 19:26

　　 高地隙喷杆式喷雾机可满足不同农作物在各个生长时期的喷药要求,已成为大田作物田间管理的必备机具之一。喷杆作为喷雾机的核心部件,其性能的好坏将直接影响喷雾机整机的稳定性及喷雾均匀性。本文即对喷幅为18m的喷杆展开研究,对其进行轻量化设计并优化其平衡特性。本文在对原有喷杆平衡特性研究的基础上,针对其无法隔离高频振动及阶跃激励下难以恢复稳定等问题,对喷杆等腰梯形悬架进行了优化。通过优化改进,悬架基本满足设计准则的要求,即在低频激励下喷杆能随着喷雾机车架的摆动而摆动,以适应地面起伏和斜坡路面;在高频激励下悬架可以有效衰减振动,以使喷杆保持平衡。优化结果表明,在50rad/s的角频率激励下外喷杆最大摆动角度在1°范围内,平衡效果良好。之后,本文建立了喷杆的有限元模型,并对外、内喷杆进行了静态分析,结果表明,外喷杆弹性位移较大,直接优化难以达到目标;内喷杆应力较小,存在较大优化空间。结合分析结果对外喷杆进行了局部结构改进。在对外喷杆进行结构改进后,对外、内喷杆进行了轻量化研究。结果表明,经过尺寸优化,外喷杆质量减小了13.9%,各工况最大应力均在200MPa内,各方向最大位移均在15mm内;内喷杆质量减小了59.5%,各工况最大应力均在150MPa内,各方向最大位移均在1mm左右,在满足强度和刚度的基础上,轻量化效果明显。然后,对外、内喷杆进行了自由模态分析,结果表明,外喷杆前2阶模态频率较小,位于0至6.9Hz路面激励频率范围内,喷雾机作业时外喷杆可能发生共振造成弹性位移过大从而恶化喷雾均匀性;内喷杆1阶模态频率为72Hz,远大于路面激励频率,共振可能性较小,分析时可直接作为刚性构件考虑。基于模态分析结果建立了外喷杆柔性体模型。最后,建立了喷杆喷雾机整车刚柔耦合仿真模型,依据GB/T 24680-2009《农用喷雾机喷杆稳定性试验方法》中的试验要求,对喷雾机进行了田间道路仿真试验,分析了喷雾机在不同作业速度和不同载荷下喷杆的动态特性,结果表明,喷杆末端弹性位移和垂直位移总体均较小,可以有效保证喷雾均匀性。本文对幅宽为18m喷杆轻量化及动态特性的研究为其他幅宽喷杆的设计和开发提供了一定的参考。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S491
【部分图文】：

图 1-1 喷杆升降机构 图 1-2 喷杆摆动对喷雾均匀性的影响喷雾分布不均往往导致应用药剂的剂量反应曲线失效，而为了达到植保的效果，往往重新喷施，这直接导致了施药过量。施药过量极易产生环境污染，甚至使地表水和地下水农药残余量超标。国内外研究表明，喷雾分布不均主要是由喷杆振动造成的，特别是喷杆在垂直于地面的平面内转动，离地面低的一

图 1-1 喷杆升降机构 图 1-2 喷杆摆动对喷雾均匀性的影响喷雾分布不均往往导致应用药剂的剂量反应曲线失效，而为了达到植保的效果，往往重新喷施，这直接导致了施药过量。施药过量极易产生环境污染，甚至使地表水和地下水农药残余量超标。国内外研究表明，喷雾分布不均主要是由喷杆振动造成的，特别是喷杆在垂直于地面的平面内转动，离地面低的一

6-第一段喷杆 7-第二段喷杆 8-末段喷杆图 2-1 喷杆结构示意图该喷杆采用 L 型结构设计，可以有效提高抵抗弹性变形的能力。等腰架是喷杆保持平衡的关键结构，该喷杆梯形臂和调平连杆分别和内喷杆杆铰接（图 2-1 中 A1、A2、B1、B2即为各铰接中心），当内喷杆随着车架
【参考文献】

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本文编号：2883872