[01657942]复杂激励作用下甘蔗收获机切割系统振动性能的研究

实现甘蔗生产机械化收割对促进我国蔗糖业发展和食糖安全具有重要战略意义,但目前我国的甘蔗收获机的应用率＜5%,而甘蔗宿根破头率高是影响其推广应用的主要瓶颈之一。 据本课题组前期研究发现,切割系统的动态响应特性与甘蔗宿根破头率存在较强的相关性。（1）本项目以切割系统动态特性对甘蔗破头率的影响为切入点,通过多体动力学的解析模型研究、虚拟样机仿真分析、模态测试与动态分析、激励实验平台试验研究、刀盘和甘蔗在相对振动状态下切割实验研究等多种研究方法,研究了在蔗地路谱、蔗杆反作用力、动态切割力、驱动力源等激励源耦合作用下切割系统的动态特性对甘蔗宿根破头率影响的机理,其中甘蔗路谱对刀架振动具有显著影响;基本摸清了各主要激励源特征及甘蔗收获机切割器系统振动响应特性（2）通过仿真与实验研究了甘蔗蔗芯蔗皮的力学特性及微观状态下的切割机理和破损特性;（3）分析了切割系统结构参数、工作参数及模态参数等对切割系统的影响关系;（4）通过系列仿真分析和试验研究：发现了（刀盘）切割系统的轴向振动是甘蔗宿根破头率的重要影响因素,相对于切割工艺参数,其对甘蔗切割质量具有更显著的影响的重要规律。（5）初步研究了切割系统的结构动态特性（振动幅值、频谱分析、传递函数分析）等表征办法;（6）采用DASVM（蜻蜓算法）群智能方法,构建了切割系统轴向振动对甘蔗宿根破头率的预测模型,均方误差为：9.99E－05,拟合率R2为：99．99%,相比较其具有较优的预测精度。（7）通过拓扑优化,探讨了以降低切割器系统轴向振动为目标的结构优化;分别对刀架、刀盘、物流架进行结构优化,并通过实验室实验平台测试实验研究,可有效地提高系统的动态刚度,降低切割系统的轴向振动。 综上所述,该项目达到了预期的目标,完成了主要的研究任务,发现了重要的机理和规律,初步探讨了切割系统的部分动态设计准则,为实现低甘蔗破头率的甘蔗收获机械设计提供了应用研究理论基础和参考依据。 （1）该项目在核心刊物发表论文 27 篇,其中 EI 收录 4 篇;申请授权国家专利 17 项,其中发明专利 12 项。 （2） 该项目共培养博士研究生 2 人, 培养硕士研究生 15 人。培养年青教师 4 人。 （3） 参加 2017 年海峡两岸机械工程学会学术论坛,参加 2018 年广西机械工程学会学术论坛;参加了 2016-2018 年中国甘蔗机械博览会及学术论坛;受邀参加 2018 年中国-东盟农业生产机械国际学术论坛,项目负责人并在大会上报告“中国-东盟甘蔗生产机械化技术合作与发展前景-丘陵地区甘蔗生产机械的研究与探索”。