小型甘蔗收获机车架拓扑优化与试验

来源：中国农机化学报杂志2022年第7期北京时间：

作者：赖晓, 曾邦, 李尚平, 莫瀚宁, 何桂庆, 曹铂潇

单位：1. 广西大学机械工程学院，南宁市，530004； 2. 广西民族大学电子信息学院，南宁市，530006；3. 广西大学轻工与食品工程学院，南宁市，530004； 4. 梧州学院机械与材料工程学院，广西梧州，543000

摘要：为提高小型甘蔗收获机的结构刚度，避免共振的发生，同时满足轻量化的需求，对其车架进行多目标多水平拓扑优化。首先建立小型甘蔗收获机车架的三维模型与有限元模型，通过模态试验验证有限元模态的准确性。其次对车架进行静力学分析，并分别以最小柔度和最大动态刚度为目标进行拓扑优化，对优化的模型进行筛选后，再通过静力学分析校验优化结构的安全性。最后，根据优化后的模型加工出实物并进行动态性能测试。通过传递函数测试与振动试验的结果可得：以静力学为目标优化的车架，第一阶频率提高0.1 Hz、峰值频率得到略微改善，并且质量降低10.6%，各频率段的振幅均大于优化前的车架；以侧向支承梁优化的车架，第一阶频率降低0.3 Hz，质量降低21.77%，峰值频率得到轻微改善，1~3 Hz下的振幅略小于原车架；而以动力学为目标优化的车架，第一阶频率提高0.9 Hz，传递函数各项指标均降低，各频率段的振幅均小于优化前的车架，车架质量减少12%，充分达到预期目标，实现车架板梁结构的轻量化和动态特性提升。由验证模态试验得知：三种方式优化后的车架，各阶频率均避开发动机激励以及其他主要激励的频率范围。

关键词：小型甘蔗收获机,车架,模态分析,拓扑优化

基金资助：广西自然科学基金项目(2016GXNSFBA380243)；广西制造系统与先进制造技术重点试验室项目(桂科能07109008_021_K)；广西高校中青年教师科研基础能力提升项目(2020KY17008)；梧州学院校级科研项目重点项目(2020B003)