貴州省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)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(nóng)機(jī)部門通過對比試驗得出，在采收環(huán)節(jié)采用中小型馬鈴薯收獲機(jī)收獲每畝可以節(jié)約5.5個工左右，馬鈴薯損失率降低百分之5個點(diǎn)[1-6]。

在馬鈴薯收獲機(jī)中，主要支撐部件為機(jī)架，作業(yè)時，存在因疲勞導(dǎo)致機(jī)架焊縫結(jié)構(gòu)失效的風(fēng)險[7]。本文通過分析研究機(jī)架疲勞壽命特性，避免機(jī)架因疲勞而出現(xiàn)焊縫開裂，從而造成機(jī)架失效。

1 機(jī)型介紹

機(jī)具如圖1所示。

圖1 小型振動式馬鈴薯收獲機(jī)

收獲機(jī)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(xù)撿拾環(huán)節(jié)[8]。

2 有限元分析與建模

2.1 機(jī)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(jī)架，可以有效的節(jié)省成本，矩形方鋼材料特性如表1所示，機(jī)架三維模型如圖2所示。

表1 機(jī)架材料特性參數(shù)

圖2 小型振動式馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)架模型

2.2 建立機(jī)架有限元模型

小型振動式馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)架有限元模型如圖3所示。

圖3 小型振動式馬鈴薯收獲機(jī)有限元幾何模型

3 收獲機(jī)使用工況

收獲機(jī)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(xiàn)，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(jī)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(jī)與拖拉機(jī)配套使用，由公式可以得出50馬力的拖拉機(jī)的作業(yè)速度為4.5km/h時牽引力為30120N。

4 模態(tài)分析

通過仿真軟件對機(jī)架進(jìn)行疲勞壽命分析，所得結(jié)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(shù)圖疲勞特性進(jìn)行分析，可得知機(jī)架

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

5 結(jié)論

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