设施蔬菜电动移栽机可提高蔬菜种植效率、改善设施内蔬菜质量,是今后设施内蔬菜移栽主要作业机具。移栽机车架主要用来支撑、连接整机各部件,由于田间作业环境复杂,其承受弯曲、扭转等多种载荷,易受到地面、主要运动部件等激励,车架整体性能影响整机作业性能。传统移栽机车架设计主要依靠设计人员经验,缺乏对车架及结构性能的有效控制。因此设计结构合理、力学性能优良的电动设施蔬菜移栽机十分必要。本文尝试将结构拓扑优化方法引入到电动设施移栽机车架的结构优化设计中,在提高车架强度、刚度和模态特性同时,获取车架结构的材料最佳分布,得到比较合理的车架设计方案。本文将设施蔬菜电动移栽机车架作为优化对象,从提高力学性能方面考虑,为寻找移栽机车架最佳材料布局结构,以提高车架的刚度和低阶模态频率为优化目标,对已经研制的设施蔬菜电动移栽机车架进行结构拓扑优化,以得到最佳的车架结构布局。本文主要研究内容如下:（1）划分电动移栽机车架优化区域和非优化区域,建立车架拓扑优化几何模型和有限元模型,并确定载荷及边界条件;建立车架单工况柔度最小拓扑优化模型,依据折衷规划法和平均频率公式分别建立以多工况柔度最小、车架前三阶频率最大为目标的拓扑优化数学模型,并确定各数学模型主要参数;完成拓扑优化惩罚系数α、体积分数约束上限Δ等几个迭代计算关键控制参数的试算与选取,α和Δ分别为10%和4;求解得到单工况柔度最小、多工况柔度最小和前三阶模态频率最大的拓扑优化结果,为新车架设计提供参考。（2）根据拓扑优化得到的多个优化结果,设计设施蔬菜电动移栽机车架新结构;建立新车架有限元模型并控制网格质量,对新、旧移栽机车架进行三种工况下有限元强度分析与校核,并进行有限元刚度、模态分析,仿真结果表明:优化后新设计车架在静载弯曲、左前轮悬空和左后轮悬空工况下最大位移和应力均减小,且位移较大区域明显缩小,整体变形和受力更加均匀合理;新车架弯曲、扭转刚度明显变大,增长率为35.28%和22.98%;新车架前三阶模态频率均有所增加,一阶频率增幅较大为9.41%;车架重量减少1.89kg,减幅为8.54%,新车架一阶固有频率为34.19Hz,避开激励源的激励区间。仿真结果表明优化后车架力学性能和模态特性明显增强。（3）进行新车架自由模态试验,选择DH5902模态测试系统,完成试验平台搭建包括支撑方式、激励方式选择,试验数据处理后得到:新车架前三阶固有频率误差均低于8%,车架模态振型与原车架基本保持一致,验证了本文拓扑优化设计的车架自由模态特性和仿真分析准确性。（4）完成新车架实际工况的振动试验,经数据处理得各点前三阶频率峰值分别趋于35Hz、55Hz和101Hz附近,表明新车架实际工况中不会产生明显的共振现象;进行新车架实际工况应力测试试验,最大应力出现在后轮支撑处,应力分布与有限元分析结果基本一致,实际测量值处于误差可接受范围。试验数据进一步证明优化后车架振动特性、力学性能优化效果明显,验证了本文研究的可行性。（5）将装配新车架的整机进行移栽性能试验,选用穴盘黄瓜苗完成多种栽植频率下的移栽作业,测量数据经计算得直立度合格率和植深合格率平均值分别在90%和80%以上,株距变异系数平均值在允许范围之内,表明装配新车架的移栽机满足蔬菜移栽相关标准。