履带式谷物联合收割机作为一种复杂的大型农业机械,承载了保障我国食品安全的重任。目前国产联合收割机的收获性能指标已基本满足收获需求,有的机型收获性能指标已达到国际先进水平,但国产联合收割机工作时普遍存在振动较大、部件易损坏、可靠性低等问题,严重影响收获效率和驾驶员的身心健康。因此,本文针对履带式联合收割机在田间收获时存在剧烈振动的问题,采用了理论计算、试验分析与数值仿真相结合的方式,系统的分析了履带式联合收割机机架及其各部件的结构特性、工作特征和振动特性,得到了机架和各部件的振动产生机理和响应特性规律,为履带式联合收割机减振降噪和新机型的结构设计及研发提供理论依据和新思路,对提高国产履带式联合收割机的综合性能和可靠性具有重要意义。本文的研究工作主要包含以下几个方面:(1)基于履带式联合收割机的底盘机架和脱粒机架结构,对其进行三维建模并通过理论分析其结构特性。通过称重试验和公式计算得到了机架各处所承受载荷的幅值大小,并对底盘机架和脱粒机架进行静力学分析,仿真结果表明其强度及形变量满足设计要求。(2)以履带式联合收割机为研究对象,对其进行多工况下的振动试验,研究分析整机及主机架在多源激励下的振动响应特性。试验表明,脱粒滚筒的横向振动,振动筛产生的前后往复运动,输送槽与脱粒机架连接处的上下摆动和发动机产生的上下振动是联合收割机在X、Y、Z三个方向上的主要振源。割刀、输送槽驱动轴和振动筛等低转速的振源对整机的振动贡献量也较大,需要在其与主机架连接部分增加减振装置,尽可能让各个振源之间的转速错开并且避开结构的固有频率。(3)为研究履带式联合收割机上多个振源的激励频率与主机架结构固有属性之间的关系,对机架进行模态分析。结果表明,脱粒清选机架和底盘机架的有限元计算模态与试验模态得到的机架固有属性基本相同。脱粒清选机架的前6阶固有频率为14-60Hz,振型主要以梁弯曲和扭转为主。底盘机架的前6阶固有频率处于23-51Hz之间,振型以弯曲、扭转和局部模态为主。脱粒机架、底盘机架及整体主机架的前6阶固有频率处于联合收割机上多个振源的工作频率范围之内,在20-25Hz和40-45Hz两个区间内产生较多重叠,可能会引起复杂的振动耦合和共振,导致整机在工作时机身振动剧烈,容易造成关键零部件疲劳破坏并大大降低了联合收割机的使用寿命。(4)针对履带式联合收割机上的主要振源振动特性进行理论分析和试验研究。根据各个振源的结构特征和工作特性建立各自的动力学模型,从而进一步分析其振动机理和激励特性,并求解其激励力表达形式。在此基础上对各个振源进行理论计算分析,再辅以单独的多工况振动试验,从而总结出各个激励源对主机架的激振特性,为整机在多源激励下的动力学仿真分析提供理论依据和数据支持。(5)建立了履带式联合收割机的动力学模型和田间路面激励时域模型。通过MATLAB/Simulink建立了整机的动力学仿真模型和田间路面激励仿真模型,研究和计算了各仿真参数以及各振源的激励表达式,求解得到在多源激励下履带式联合收割机主机架的振动响应。研究表明,路面条件、车速和仿真参数的变化均对履带式联合收割机主机架的振动响应有较大影响。为降低多源激励下履带式联合收割机主机架的振动响应可以在不影响机架位移幅值的前提下尽量减小机架刚度,并适当增加机架阻尼。