戴洪鋒，蔣宏婉，任仲偉，張富貴，袁森

(1. 貴州省煙草公司黔南州公司，貴州都勻，558000； 2. 貴州理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，貴陽市，550003；3. 貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴陽市，550025)

0 引言

煙草是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)煙葉種植地還是人工搬運(yùn)煙葉，效率低，勞動(dòng)力和時(shí)間成本高。國(guó)內(nèi)外也有少量半機(jī)械化和機(jī)械化的煙葉搬運(yùn)機(jī)械，其工作效率比人工操作高，但這類煙葉搬運(yùn)機(jī)械結(jié)構(gòu)大且復(fù)雜。西南丘陵山區(qū)為零碎小地塊，地面起伏大，零碎不平整，不適宜高功率大型農(nóng)機(jī)具作業(yè)，因而微小型煙葉搬運(yùn)機(jī)的研發(fā)很有必要。

煙葉產(chǎn)業(yè)機(jī)械化研究已獲得一定成果，主要集中在煙葉采摘、植保、分揀等方面[1-4]。燕亞民等[5]針對(duì)田間煙葉采摘問題，設(shè)計(jì)了煙葉采收植保機(jī)并確定了主要技術(shù)參數(shù)。王玲等[6]設(shè)計(jì)的“一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)”，一定程度解決了人工采收煙葉效率低下和少數(shù)半機(jī)械化收獲機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜問題，通過后期田間煙葉采收試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該機(jī)器也存在著損傷煙葉的情況，而且較為嚴(yán)重，機(jī)器的適應(yīng)性也不是很好。吳雪梅等[7]利用摩擦學(xué)原理設(shè)計(jì)滾刷式煙葉鋪平裝置，通過試驗(yàn)探尋出最佳鋪平效果的工作參數(shù)。

而在田間鮮煙葉搬運(yùn)機(jī)械設(shè)計(jì)研發(fā)方面未見相關(guān)報(bào)告，但農(nóng)作物搬運(yùn)機(jī)的研發(fā)已經(jīng)獲得一些研究成果。Benjamin等[8]設(shè)計(jì)建立了大方捆壓捆搬運(yùn)機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果表明該搬運(yùn)機(jī)的作業(yè)能力較為理想。程麒文等[9]設(shè)計(jì)了一種箱式農(nóng)作物搬運(yùn)機(jī)器人，試驗(yàn)表明該機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)性受到運(yùn)行速度，軌道寬度和地面粗糙度的影響。陳繼清等[10]基于仿真軟件DecurDyn對(duì)小型修剪機(jī)履帶底盤的越障性能進(jìn)行有限元分析，獲得了該底盤越障性能相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行工況。

以上關(guān)于煙葉機(jī)械化研究或集中于煙葉的采摘分揀機(jī)械[11]，或聚焦于大面積平原煙田的大型煙葉搬運(yùn)機(jī)；而對(duì)搬運(yùn)機(jī)械的性能分析或著重于搬運(yùn)機(jī)械關(guān)鍵零部件的理論計(jì)算校核，或僅關(guān)注于底盤田間運(yùn)行性能的有限元分析；未見對(duì)微小型搬運(yùn)機(jī)械展開田間整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的動(dòng)力學(xué)數(shù)值預(yù)測(cè)與優(yōu)化，而這對(duì)機(jī)器的綜合工作性能至關(guān)重要。

基于此，本文以自主研發(fā)的微型雙側(cè)電驅(qū)履帶式田間鮮煙葉搬運(yùn)機(jī)為研究對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)整機(jī)在壟距狹窄、凹凸不平、溝坎散布等復(fù)雜地貌煙田中的滿載多工況運(yùn)行穩(wěn)定性展開分析，以獲得該搬運(yùn)機(jī)的田間滿載運(yùn)行特性并優(yōu)選出最佳運(yùn)行參數(shù)。

1 煙葉搬運(yùn)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

鮮煙葉種植地田間壟距限寬500 mm，壟高20～30 mm，整機(jī)一次性裝煙滿載重量為50 kg，鮮煙葉平均尺寸450 mm×550 mm×0.6 mm。機(jī)器運(yùn)行和操作要符合煙農(nóng)作業(yè)習(xí)慣，主要包括不傷煙葉、無級(jí)調(diào)速、原地掉頭、直進(jìn)直退、雙向聯(lián)動(dòng)操作、人可隨機(jī)運(yùn)行、平穩(wěn)運(yùn)行等，如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)要求參數(shù)

1.2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)實(shí)際測(cè)量，單張鮮煙葉平均重量為100 g，10張鮮煙葉凈重1 kg，搬運(yùn)機(jī)滿載重量要求為50 kg，即整機(jī)一次性滿載鮮煙葉約500張?？紤]鮮煙葉莖稈尺寸，此處定義單張鮮煙葉平均余量厚度為1.5 mm，則500張鮮煙葉平齊疊放，其高度約為750 mm。同時(shí)考慮盡量減小煙葉間由重力產(chǎn)生的擠壓，因而將煙葉搬運(yùn)機(jī)的存煙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙層四筐式煙筐儲(chǔ)架結(jié)構(gòu)，即每個(gè)煙筐可存放平均12.5 kg鮮煙葉。

充分考慮操作人員滿載返運(yùn)過程能提效返程，因而設(shè)計(jì)半封閉式操控室，以實(shí)現(xiàn)操作人員可上機(jī)隨行，提速返程，以提高整體工作效率。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理、成年煙農(nóng)的平均身材及搬運(yùn)機(jī)田間運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性要求，操控室寬度設(shè)計(jì)為400 mm，座位高度為300 mm，L型護(hù)欄高度為250 mm。操作人員正坐時(shí)面對(duì)煙壟，右側(cè)設(shè)計(jì)操控板，其上設(shè)置四個(gè)觸控按鈕，分別實(shí)現(xiàn)啟/停、前進(jìn)/后退、調(diào)速和轉(zhuǎn)向功能。

為了兼顧強(qiáng)度和散熱，底盤設(shè)計(jì)為框箱式，采用特制窄履帶以滿足煙田壟間距要求，根據(jù)煙壟高度和寬度，將底盤高度設(shè)計(jì)為300 mm，特制窄履帶寬度設(shè)計(jì)為100 mm，雙履帶輪中心距為400 mm，整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(a) 整機(jī)結(jié)構(gòu)

根據(jù)基于煙田實(shí)際工況提出的設(shè)計(jì)要求，煙葉搬運(yùn)機(jī)運(yùn)行速度范圍設(shè)計(jì)為2～10 km/h。田間作業(yè)工況復(fù)雜，大量田間試驗(yàn)表明[11]，運(yùn)行速度對(duì)于整機(jī)田間運(yùn)行動(dòng)力學(xué)性能有顯著影響，為此，在可調(diào)速度范圍內(nèi)開展近等區(qū)間四水平單因素仿真試驗(yàn)，變化區(qū)間Δj=2.5 km/h，考慮所選電機(jī)低速運(yùn)行平穩(wěn)性欠佳，因而將最低速度水平稍作調(diào)增，則各試驗(yàn)水平分別為3.5 km/h、5 km/h、7.5 km/h和10 km/h。

假設(shè)履帶輪主動(dòng)輪直徑為d，整機(jī)運(yùn)行速度為v，減速器的傳動(dòng)比為i，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為n′，電機(jī)極對(duì)數(shù)為p，履帶輪主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為n，轉(zhuǎn)動(dòng)頻率f可由式(1)～式(3)計(jì)算獲得。

(1)

n′=i×n

(2)

(3)

式中：d——履帶輪主動(dòng)輪直徑，d=230 mm；

i——減速器的傳動(dòng)比，根據(jù)前期設(shè)計(jì)選型，此處取5；

p——電機(jī)極對(duì)數(shù)，根據(jù)前期設(shè)計(jì)選型，此處取1；

f——轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，Hz。

根據(jù)煙葉搬運(yùn)機(jī)田間工況，其運(yùn)行速度在2～10 km/h范圍，則可確定電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為231～1 162 r/min，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為3.85～19.36 Hz。

2 仿真分析

2.1 有限元模型的建立

對(duì)煙葉搬運(yùn)機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化后導(dǎo)入Workbench有限元分析平臺(tái)，根據(jù)表2所示定義各組件材料。建立有限元模型如圖2所示。

表2 組件材料性能參數(shù)

圖2 整機(jī)有限元模型

不考慮非線性特性，即剛度矩陣為常量，因此將機(jī)身主架與底盤主架間、底盤內(nèi)關(guān)鍵零部件與底盤底板間、零部件之間的接觸全部設(shè)置為線性且對(duì)稱接觸，共47處；履帶與履帶輪間、履帶輪與輪軸架間均設(shè)置為固定關(guān)節(jié)副。為提高計(jì)算精度，選用高階六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，整機(jī)網(wǎng)格單元共計(jì)72 990，節(jié)點(diǎn)共計(jì)278 384。基于所建立有限元模型，分析該煙葉搬運(yùn)機(jī)不同工況下滿載狀態(tài)的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特性，重點(diǎn)關(guān)注整機(jī)預(yù)應(yīng)力模態(tài)、剛?cè)狁詈线\(yùn)動(dòng)學(xué)性能以及隨機(jī)振動(dòng)特性。

2.2 預(yù)應(yīng)力模態(tài)

基于所建立有限元模型和煙葉搬運(yùn)機(jī)實(shí)際工況，首先進(jìn)行無約束自由模態(tài)分析，隨后進(jìn)行施加約束和極限載荷的預(yù)應(yīng)力分析，極限載荷為前文所述的四煙筐滿載各受力125 N。經(jīng)過求解器求解和結(jié)果后處理，得到如圖3所示自由模態(tài)和預(yù)應(yīng)力模態(tài)振型圖和十階頻率變化曲線。

(a) 履帶輪自由模態(tài)振型圖

由圖3(a)、圖3(b)、圖3(d)可得煙葉搬運(yùn)機(jī)在沒有任何約束情況下履帶輪和機(jī)架(煙筐儲(chǔ)架和底盤儲(chǔ)架)的固有頻率特性，通常取第一階固有頻率為后期設(shè)計(jì)分析依據(jù)的固有頻率，履帶輪自由狀態(tài)固有頻率為61.834 Hz，機(jī)架固有頻率為122.47 Hz，顯然履帶輪自由狀態(tài)下固有頻率低于機(jī)架固有頻率，這是由于有限元分析中所定義的履帶輪材料其強(qiáng)硬度較機(jī)架明顯低所致；且履帶輪的履帶上側(cè)中部振動(dòng)變形量最大，可見后期有必要對(duì)履帶張緊程度進(jìn)行改善。由圖3(c)可得煙葉搬運(yùn)機(jī)滿載預(yù)應(yīng)力模態(tài)下第一階固有頻率為21.347 Hz，且由振型圖可知，操控室扶欄和履帶輪上側(cè)中部履帶的振動(dòng)變形量相對(duì)最大，為1.28 mm。

根據(jù)煙葉搬運(yùn)機(jī)田間工況，其運(yùn)行速度在2～10 km/h范圍，前文計(jì)算獲得電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為231～1 162 r/min，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為3.85～19.36 Hz?？梢?，該煙葉搬運(yùn)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)無論在何種運(yùn)行速度電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率都遠(yuǎn)小于履帶輪和機(jī)架自由模態(tài)下的固有頻率，而高速運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率會(huì)較為接近整機(jī)滿載預(yù)應(yīng)力模態(tài)下的固有頻率，因此該搬運(yùn)機(jī)空載時(shí)沒有共振風(fēng)險(xiǎn)，滿載時(shí)應(yīng)避開給定范圍內(nèi)的高速運(yùn)行狀態(tài)(10 km/h)，以保障煙葉搬運(yùn)機(jī)避開共振風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)響應(yīng)

靜力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)機(jī)身主架滿載狀態(tài)下絕對(duì)安全，底盤主架成為重點(diǎn)分析對(duì)象。為實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的整機(jī)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，不需要分析履帶與履帶輪之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而將二者設(shè)置為剛體，進(jìn)行整機(jī)剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)響應(yīng)分析，以獲得相應(yīng)的應(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)。大量研究表明，一般車輛啟動(dòng)加速性能為10 s加速到100 km/h，綜合分析，將煙葉搬運(yùn)機(jī)四種工況下加速性能參數(shù)設(shè)置如表3所示。

表3 加速性能參數(shù)

圖4所示為不同運(yùn)行速度下整機(jī)啟動(dòng)加速瞬間底盤主架剛?cè)狁詈蠎?yīng)力響應(yīng)規(guī)律。

(a) v=3.5 km/h

通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，四種運(yùn)行速度下，底盤主架的最大應(yīng)力響應(yīng)總體變化態(tài)勢(shì)較為相似，均在加速0.05 s內(nèi)最大應(yīng)力出現(xiàn)明顯起伏，最大幅值出現(xiàn)在為5 km/h工況，達(dá)5.09 MPa，從0.05 s到各工況對(duì)應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行階段初始時(shí)刻期間應(yīng)力相對(duì)平穩(wěn)，尤其在工況10 km/h應(yīng)力平穩(wěn)期最長(zhǎng)，達(dá)0.77 s。經(jīng)過應(yīng)力平穩(wěn)期，均進(jìn)入各工況對(duì)應(yīng)的運(yùn)行平穩(wěn)期，底盤主架再次出現(xiàn)應(yīng)力震蕩起伏現(xiàn)象，振幅基本呈現(xiàn)幅差線性遞減的趨勢(shì)，最終再次恢復(fù)應(yīng)力平穩(wěn)。

圖5為不同運(yùn)行速度下整機(jī)啟動(dòng)加速瞬間底盤主架剛?cè)狁詈蠎?yīng)變響應(yīng)規(guī)律。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，四種運(yùn)行速度下，底盤主架的最大應(yīng)變響應(yīng)總體變化態(tài)勢(shì)亦較為相似，均在加速0.07 s內(nèi)最大應(yīng)變出現(xiàn)明顯起伏，最大幅值出現(xiàn)在為3 km/h和5 km/h工況，達(dá)2.78×10-5mm/mm；而后從0.07 s結(jié)束到各工況對(duì)應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)行階段初始時(shí)刻期間應(yīng)變相對(duì)平穩(wěn)，尤其在工況10 km/h獲得相對(duì)最長(zhǎng)應(yīng)變平穩(wěn)期，達(dá)0.72 s。經(jīng)過應(yīng)變平穩(wěn)期，均進(jìn)入各工況對(duì)應(yīng)的運(yùn)行平穩(wěn)期，底盤主架再次出現(xiàn)應(yīng)變震蕩起伏現(xiàn)象，振幅基本呈現(xiàn)幅差線性遞減的趨勢(shì)，最終再次恢復(fù)應(yīng)變平穩(wěn)?？梢姷妆P主架應(yīng)變變化趨勢(shì)與應(yīng)力變化趨勢(shì)有較大一致性，因此在后期分析中根據(jù)應(yīng)力進(jìn)一步預(yù)測(cè)應(yīng)變變化趨勢(shì)。

(a) v=3.5 km/h

為進(jìn)一步定量分析運(yùn)行速度對(duì)煙葉搬運(yùn)機(jī)底盤主架加速啟動(dòng)性能的影響規(guī)律，根據(jù)圖4和圖5所示分析結(jié)果，經(jīng)數(shù)據(jù)處理和分析，獲得如圖6所示的運(yùn)行速度對(duì)底盤主架田間運(yùn)行剛?cè)狁詈献畲髴?yīng)力應(yīng)變影響規(guī)律曲線。由圖6可知，在速度小于7.5 km/h范圍內(nèi)，隨著運(yùn)行速度的增加，底盤主架最大應(yīng)力和應(yīng)變隨之減小，呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；而當(dāng)速度大于7.5 km/h，隨運(yùn)行速度增加，底盤主架最大應(yīng)力和應(yīng)變則隨之增加，即呈現(xiàn)正相關(guān)；可見運(yùn)行速度7.5 km/h是該煙葉搬運(yùn)機(jī)啟動(dòng)加速性能的一個(gè)分界點(diǎn)，獲得最小應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)(最小值分別為4.2 MPa，2.1×10-5mm/mm)，雖然在運(yùn)行速度10 km/h下最大應(yīng)力應(yīng)變低于3.5 km/h和5 km/h工況，但是結(jié)合前文分析10 km/h工況下共振風(fēng)險(xiǎn)較大，因而從啟動(dòng)加速性能而言，運(yùn)行速度7.5 km/h為相對(duì)最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)。

圖6 不同工況下底盤主架田間運(yùn)行最大應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)

2.4 隨機(jī)振動(dòng)特性

整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性是煙葉搬運(yùn)機(jī)田間作業(yè)重要性能之一，樣機(jī)研制和試驗(yàn)前的隨機(jī)振動(dòng)分析極為關(guān)鍵。結(jié)合煙田實(shí)際工況，對(duì)不同工況各輸入一段激振信號(hào)來模擬搬運(yùn)機(jī)在煙田壟間的不穩(wěn)定工況。假設(shè)運(yùn)行過程中任意側(cè)履帶輪經(jīng)過一段“凹凸路段”，不同工況通過時(shí)間不同，則可轉(zhuǎn)化為地面法向上對(duì)履帶輪施加一段三角波信號(hào)，且順次由履帶輪前端到后端通過該“三角波路段”如圖7所示。不同工況通過單周期三角波耗時(shí)為T，可由式(4)和式(5)計(jì)算獲得。

圖7 搬運(yùn)機(jī)通過“三角波路段”耗時(shí)分析

(4)

(5)

式中：l——單側(cè)三角波路程；

v——運(yùn)行速度；

h——三角波高度，質(zhì)點(diǎn)化后結(jié)合實(shí)際情況，取為10 mm，即該三角波振動(dòng)信號(hào)振幅為20 mm；

α——三角波爬坡角，此處取山區(qū)煙田中高坡度30°；

N——三角波單側(cè)運(yùn)行時(shí)間的倍數(shù)，此處為4。

經(jīng)計(jì)算可確定四種工況下煙葉搬運(yùn)機(jī)經(jīng)過單周期三角波耗時(shí)如表4所示。

表4 不同工況通過單周期三角波路段耗時(shí)

煙葉搬運(yùn)機(jī)從前端到后端持續(xù)通過“三角波路段”的激振信號(hào)施加情況如圖8所示。

圖8 搬運(yùn)機(jī)持續(xù)通過“三角波路段”的激振信號(hào)

基于以上計(jì)算分析，經(jīng)求解器求解獲得該煙葉搬運(yùn)機(jī)田間運(yùn)行整機(jī)隨機(jī)振動(dòng)特性如圖9所示。

(a) v=3.5 km/h

對(duì)比分析圖9(a)～圖9(d)，在運(yùn)行速度為3.5 km/h和5 km/h工況下，整機(jī)最大應(yīng)力和平均應(yīng)力分布曲線基本呈現(xiàn)規(guī)律周期性變化；7.5 km/h工況下，前半階段和后半階段應(yīng)力的周期幅值發(fā)生變化，后半階段(0.19 s之后)應(yīng)力幅值明顯小于前半階段，但總體仍呈現(xiàn)周期性變化；在10 km/h運(yùn)行速度下，前半階段基本呈現(xiàn)大致周期性，最大應(yīng)力出現(xiàn)幅差近似線性遞增的上行趨勢(shì)，后半階段(0.165 s之后)由于受到前半階段累積影響，不再呈現(xiàn)周期性變化，出現(xiàn)驟降至趨于平穩(wěn)，但最終應(yīng)力值仍明顯高于前三種工況。

煙葉搬運(yùn)機(jī)經(jīng)過“田間凹凸路段”(即“三角波路段”)過程隨機(jī)振動(dòng)分析所得最大變形量和平均變形量分布情況如圖10所示。對(duì)比分析圖10(a)～圖10(b)，發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行速度為3.5 km/h、5 km/h和7.5 km/h工況下，整機(jī)最大變形響應(yīng)和平均響應(yīng)曲線基本呈現(xiàn)規(guī)律周期性變化，7.5 km/h工況下，最大變形響應(yīng)和平均變形響應(yīng)一致性開始出現(xiàn)微小差異，但總體仍呈現(xiàn)周期性變化；在10 km/h運(yùn)行速度下，最大變形響應(yīng)和平均變形響應(yīng)一致性明顯較差，可見，在該工況下煙葉搬運(yùn)機(jī)隨機(jī)振動(dòng)性能差，即田間運(yùn)行穩(wěn)定性不佳。

(a) v=3.5 km/h

為進(jìn)一步綜合量化對(duì)比煙葉搬運(yùn)機(jī)在不同運(yùn)行速度下田間隨機(jī)振動(dòng)特性，對(duì)圖9和圖10分析結(jié)果進(jìn)行平均處理，獲得不同運(yùn)行速度下整機(jī)最大應(yīng)力響應(yīng)、平均應(yīng)力響應(yīng)、最大變形響應(yīng)和平均變形響應(yīng)的過程平均值如圖11所示。由圖11(a)可知，隨著運(yùn)行速度的增加，煙葉搬運(yùn)機(jī)最大應(yīng)力響應(yīng)和平均應(yīng)力響應(yīng)的過程平均值均隨之增加，且漲幅(斜率)也隨著速度增加而增大，尤其當(dāng)運(yùn)行速度大于7.5 km/h 時(shí)，最大應(yīng)力響應(yīng)和平均應(yīng)力響應(yīng)劇增達(dá)(分別為2 441.37 MPa和277.862 MPa)。再分析圖11(b)可知，煙葉搬運(yùn)機(jī)隨機(jī)振動(dòng)的最大變形響應(yīng)和平均變形響應(yīng)的過程平均值變化趨勢(shì)并不一致，最大變形響應(yīng)過程平均值仍隨速度增加而增大，而平均變形響應(yīng)過程平均值則以7.5 km/h 為分界點(diǎn)出現(xiàn)先遞減后遞增兩階段，最小值出現(xiàn)在7.5 km/h運(yùn)行條件下，為5.01 mm。

圖11 搬運(yùn)機(jī)持續(xù)通過“三角波路段”應(yīng)力和變形的過程平均響應(yīng)

綜合分析煙葉搬運(yùn)機(jī)滿載下預(yù)應(yīng)力模態(tài)、剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)性能和田間隨機(jī)特性分析結(jié)果，基于煙葉采收和工作效率的實(shí)際需求，該煙葉搬運(yùn)機(jī)在緩速作業(yè)時(shí)，5 km/h 為最佳運(yùn)行參數(shù)，在滿載返程時(shí)(無需作業(yè))，7.5 km/h為相對(duì)最佳運(yùn)行速度。該運(yùn)行參數(shù)在對(duì)應(yīng)作業(yè)需求下，煙葉搬運(yùn)機(jī)田間運(yùn)行穩(wěn)定性相對(duì)最優(yōu)。

3 結(jié)論

1) 煙葉搬運(yùn)機(jī)滿載預(yù)應(yīng)力模態(tài)的第一階固有頻率分別是21.617 Hz和21.347 Hz；電機(jī)工作轉(zhuǎn)速為231～1 162 r/min，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為3.85～19.36 Hz，因此應(yīng)避開給定范圍內(nèi)的高速運(yùn)行狀態(tài)(10 km/h)，確保葉搬運(yùn)機(jī)田間運(yùn)作安全可靠。

2) 在速度小于7.5 km/h范圍內(nèi)，隨著運(yùn)行速度的增加，底盤主架最大應(yīng)力和應(yīng)變隨之減??；而當(dāng)速度大于7.5 km/h，隨運(yùn)行速度增加，底盤主架最大應(yīng)力和應(yīng)變則隨之增加；可見運(yùn)行速度7.5 km/h是該煙葉搬運(yùn)機(jī)啟動(dòng)加速性能的一個(gè)分界點(diǎn)，結(jié)合滿載預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析得10 km/h工況下共振風(fēng)險(xiǎn)較大，因而從啟動(dòng)加速性能而言，運(yùn)行速度7.5 km/h為相對(duì)最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)。

3) 發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行速度為3.5 km/h、5 km/h和7.5 km/h 工況下，整機(jī)最大變形響應(yīng)和平均響應(yīng)曲線基本呈現(xiàn)規(guī)律周期性變化；在10 km/h運(yùn)行速度下，最大變形響應(yīng)和平均變形響應(yīng)一致性明顯較差，煙葉搬運(yùn)機(jī)隨機(jī)振動(dòng)性能差，即田間運(yùn)行穩(wěn)定性不佳。綜合分析煙葉搬運(yùn)機(jī)滿載下田間作業(yè)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)特性獲得最佳運(yùn)行參數(shù)：在緩速作業(yè)時(shí)，5 km/h為最佳運(yùn)行參數(shù)，在滿載返程時(shí)(無需作業(yè))，7.5 km/h為相對(duì)最佳運(yùn)行速度，該兩運(yùn)行參數(shù)在對(duì)應(yīng)作業(yè)需求下，煙葉搬運(yùn)機(jī)田間運(yùn)行穩(wěn)定性相對(duì)最優(yōu)。