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偏心伸缩杆式输送装置是4FZ-2000A自走式秸秆收获压捆机上的重要部件,可以将链耙式输送器上的秸秆输送到喂草箱,防止喂草箱内的秸秆被回带造成输送机构缠草堵死,影响后续作业。目前,国内外学者对偏心伸缩杆式机构应用于地膜、柠条捡拾方面的研究比较多,而应用于秸秆输送方面,尚没有明确的设计理论与方法,主要通过仿照联合收割机割台螺旋输送器的伸缩扒指机构进行设计。主要存在的问题有:(1)伸缩扒杆对农作物及饲草的刚性冲击较大,导致带籽粒农作物及饲草破损严重;(2)不清楚工作参数与结构参数如何匹配才更好的实现输送作业;(3)主要零部件承受的载荷比较大,可靠性未知。针对以上问题,本文采用理论分析与计算机仿真模拟相结合的方法对偏心伸缩杆式输送装置的设计理论进行了分析,对其输送性能进行了优化设计以找到各结构参数与工作参数之间的最佳匹配关系,并对主要承载零部件进行了疲劳寿命预测。(1)通过输送过程理论分析确定了伸缩扒杆回转中心在第四象限时满足输送要求;建立了伸缩扒杆端部运动轨迹与物料流纵截面相交的面积方程以及一个周期的输送量方程;建立了伸缩扒杆端部的运动参数方程;建立了伸缩扒杆的动力学方程,明确了伸缩扒杆为承受载荷较大的关键部件。(2)通过分析明确了偏心伸缩杆式输送装置输送性能评价指标;确定了影响输送性能的工作和结构参数为:滚筒转速、滚筒的安装高度、物料厚度、伸缩扒杆长度、滚筒半径、伸缩杆轴支架长度(偏心距)、以及伸缩杆轴支架与铅垂方向夹角等。(3)利用虚拟样机技术,以影响输送性能的结构参数和工作参数为设计变量,以输送量最大和伸缩扒杆端部最大加速度值最小为优化目标。首先进行分目标优化,在此基础上采用加权组合法建立多目标函数,再对其进行多目标优化设计。优化结果表明,虽然单目标优化效果显著,但另一目标不满足输送要求;多目标优化后,输送量从优化前0.58kg提高到优化后0.79kg,增加了36.2%;加速度从优化前40.59m/s~2降低到优化后38.18m/s~2,降低了5.9%。输送性能达到综合优化效果。(4)对输送装置输送性能优化后的关键零部件伸缩扒杆进行自由模态及共振分析表明:外部激振频率远小于伸缩扒杆的固有频率,不会发生共振;对伸缩扒杆进行静力学分析表明:伸缩扒杆在极限工况下满足静强度要求,主要失效形式为高周疲劳中的多轴疲劳。(5)利用nCode软件经表面和应力梯度修正获得伸缩扒杆的S-N曲线,然后采用CriticalPlane危险面应力组合法,通过线性Miner损伤法则分别计算了输送性能优化后的关键零部件伸缩扒杆存活率为50%、90%、99%时分别采用Goodman和改进的Gerber平均应力修正法的伸缩扒杆疲劳寿命。计算结果表明当存活率为90%时,采用改进的Gerber平均应力修正方法预测伸缩扒杆疲劳寿命与实际扒杆的设计寿命符合,证明了数值预测方法及结果的可靠性。且在设计寿命内伸缩扒杆具有足够的抗疲劳性能,能够正常安全地工作。