旱地果园深松机机架受力特性研究及优化

为使结构轻量化,对旱地果园深松机机架进行有限元分析及优化.对深松刀切削土壤的过程进行运动仿真分析获得最大深松阻力,通过力学分析计算确定机架受力情况.在Workbench中进行机架极限载荷强度分析,得到机架所受最大应力为67.8MPa,未达到材料许用应力117.5MPa,验证了机架工作的可靠性,且存在较大应力裕度.选用响应面优化法对机架进行优化设计,将机架质量及后悬挂托钩钢管前端应力作为目标函数,构建机架优化数学模型.基于Box-behnken试验设计原理,选取17组试验模型进行仿真试验,采用最小二乘法对试验结果进行响应面拟合;以最小质量及应力不超过110MPa为约束条件进行优化求解,得到最优参数组合,其优化后机架应力值为89.8MPa,质量为53.2kg.通过实地试验进行验证,3次试验测得其应力平均值为78.3、77.7、79.4MPa,与仿真误差均不超过13％,验证了优化数学模型的准确性.优化结果表明:在保证机架工作可靠性的前提下,机架质量由62.2kg减少到50.1kg,降幅19.4％,减重效果明显,达到了优化目标.