某小型马铃薯收获机机架疲劳寿命分析

贵州省农业机械技术推广总站 潘东彪 陈泫月 朱勃 韩忠禄 谢成霞 周奇 赵昌秀

贵州省作为全国马铃薯种植大省，近年来，全省各级农机部门通过对比试验得出，在采收环节采用中小型马铃薯收获机收获每亩可以节约5.5个工左右，马铃薯损失率降低百分之5个点[1-6]。

在马铃薯收获机中，主要支撑部件为机架，作业时，存在因疲劳导致机架焊缝结构失效的风险[7]。本文通过分析研究机架疲劳寿命特性，避免机架因疲劳而出现焊缝开裂，从而造成机架失效。

1 机型介绍

机具如图1所示。

图1 小型振动式马铃薯收获机

收获机工作时，首先将泥土和马铃薯连根挖出，通过振动传送带，使与土壤分离的马铃薯洒落在田块表面，人工完成后续捡拾环节[8]。

2 有限元分析与建模

2.1 机架模型

以矩形方钢为原材料，将矩形方钢通过焊接连接成机架，可以有效的节省成本，矩形方钢材料特性如表1所示，机架三维模型如图2所示。

表1 机架材料特性参数

图2 小型振动式马铃薯收获机机架模型

2.2 建立机架有限元模型

小型振动式马铃薯收获机机架有限元模型如图3所示。

图3 小型振动式马铃薯收获机有限元几何模型

3 收获机使用工况

收获机工作时沿地面方向受力的载荷大小主要为在土壤中受到的阻力即土壤阻力，通过查阅文献，粘重土壤的比阻K值范围为6～8，本文中土壤比阻值取7[9-11]。通过测量，该小型振动式马铃薯收获机挖掘沟宽为90cm；挖掘深度为6.3cm，通过公式，可得出P=3969N。

该收获机与拖拉机配套使用，由公式可以得出50马力的拖拉机的作业速度为4.5km/h时牵引力为30120N。

4 模态分析

通过仿真软件对机架进行疲劳寿命分析，所得结果如图4～6所示。

图4 S-N曲线图

图5 损伤图

图6 安全系数图疲劳特性进行分析，可得知机架

通过对机架的易产生损伤的部位为变速箱安装底座附近的梁，因此机具工作前应着重对该部位的检修，避免因焊缝开裂造成机具损坏。

5 结论

本文重点研究了机架因为疲劳容易导致机架破损的部位，通过对机架的疲劳特性进行分析，得出机架容易因为疲劳导致机架开裂的部位为变速箱安装底座附近的支撑梁，所以在机具平时工作及日常维护中应加大对机架变速箱附近支撑梁的焊缝检查及维护，避免因焊缝开裂造成机具损坏及人员伤亡。