果园开沟施肥机机架优化设计与试验

作者：刘双喜; 徐春保; 张宏建; 张成福; 刘雪梅; 王金星^*

来源：农业机械学报, 2020, S1: 113-122.

• 果园开沟施肥机
• 机架
• 灵敏度分析
• 遗传算法
• 多目标优化

为提高果园开沟施肥机的动态作业性能,避免共振的发生,同时保证作业时开沟一致性及施肥稳定性,对其机架进行多目标优化设计。首先,建立果园开沟施肥机机架的参数化模型及有限元模型。其次,通过模态分析,得出机架的固有频率及振型,研究其对整机动态性能的影响,将一阶模态频率设定为目标函数。通过机架灵敏度分析,得到各杆件厚度对一阶模态频率的灵敏度,将灵敏度杆件的厚度设定为设计变量,将其厚度变化范围设定为约束条件。根据现代农机结构轻量化设计的要求,将机架的质量也作为目标函数。以目标函数、设计变量、约束条件为基础,构建机架多目标优化的数学模型。然后,基于Hammersley抽样方法,按约束条件选取42组试验样本进行试验设计,并计算其对应的目标值。根据试验设计结果,选用移动最小二乘法并拟合出对应响应面。其中,一阶模态频率响应面模型的决定系数R2=0.997 4,质量响应面模型的决定系数R2=0.999 9,均大于拟合模型要求的精度0.9,拟合精度较高,满足设计要求。最后,基于响应面以及多目标遗传算法对果园开沟施肥机机架进行结构优化设计。优化结果表明:优化后的果园开沟施肥机机架一阶模态频率由原来的35.39 Hz提高到38.31 Hz,提高了8.25%,且远离拖拉机的输入频率35 Hz;优化后质量为389 kg,满足在提升一阶模态频率下,质量最小的要求。优化后果园开沟施肥机作业的开沟一致性系数和施肥稳定性系数比优化前分别提高3.72%、3.57%,提升效果明显,满足果园开沟施肥生产要求。

• 单位
  山东农业大学; 电子工程学院