某小型馬鈴薯收獲機機架疲勞壽命分析

貴州省農業機械技術推廣總站 潘東彪 陳泫月 朱勃 韓忠祿 謝成霞 周奇 趙昌秀

貴州省作為全國馬鈴薯種植大省，近年來，全省各級農機部門通過對比試驗得出，在采收環節采用中小型馬鈴薯收獲機收獲每畝可以節約5.5個工左右，馬鈴薯損失率降低百分之5個點[1-6]。

在馬鈴薯收獲機中，主要支撐部件為機架，作業時，存在因疲勞導致機架焊縫結構失效的風險[7]。本文通過分析研究機架疲勞壽命特性，避免機架因疲勞而出現焊縫開裂，從而造成機架失效。

1 機型介紹

機具如圖1所示。

圖1 小型振動式馬鈴薯收獲機

收獲機工作時，首先將泥土和馬鈴薯連根挖出，通過振動傳送帶，使與土壤分離的馬鈴薯灑落在田塊表面，人工完成后續撿拾環節[8]。

2 有限元分析與建模

2.1 機架模型

以矩形方鋼為原材料，將矩形方鋼通過焊接連接成機架，可以有效的節省成本，矩形方鋼材料特性如表1所示，機架三維模型如圖2所示。

表1 機架材料特性參數

圖2 小型振動式馬鈴薯收獲機機架模型

2.2 建立機架有限元模型

小型振動式馬鈴薯收獲機機架有限元模型如圖3所示。

圖3 小型振動式馬鈴薯收獲機有限元幾何模型

3 收獲機使用工況

收獲機工作時沿地面方向受力的載荷大小主要為在土壤中受到的阻力即土壤阻力，通過查閱文獻，粘重土壤的比阻K值范圍為6～8，本文中土壤比阻值取7[9-11]。通過測量，該小型振動式馬鈴薯收獲機挖掘溝寬為90cm；挖掘深度為6.3cm，通過公式，可得出P=3969N。

該收獲機與拖拉機配套使用，由公式可以得出50馬力的拖拉機的作業速度為4.5km/h時牽引力為30120N。

4 模態分析

通過仿真軟件對機架進行疲勞壽命分析，所得結果如圖4～6所示。

圖4 S-N曲線圖

圖5 損傷圖

圖6 安全系數圖疲勞特性進行分析，可得知機架

通過對機架的易產生損傷的部位為變速箱安裝底座附近的梁，因此機具工作前應著重對該部位的檢修，避免因焊縫開裂造成機具損壞。

5 結論

本文重點研究了機架因為疲勞容易導致機架破損的部位，通過對機架的疲勞特性進行分析，得出機架容易因為疲勞導致機架開裂的部位為變速箱安裝底座附近的支撐梁，所以在機具平時工作及日常維護中應加大對機架變速箱附近支撐梁的焊縫檢查及維護，避免因焊縫開裂造成機具損壞及人員傷亡。