CN113656900B - 基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法，该方法包括如下步骤：S1.收割机结构影响因素的确定；S2.试验工况设计；S3.收割机结构应力强度的确定；S4.最优多项式响应面函数的建立；S5.基于敏度修正的收割机结构影响程度的确定。该方法监测精度高，对于实现确定收割机结构影响因素具有重要的现实意义。

Description

基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法

技术领域

本发明涉及机械参数确检测或分析方法，特别涉及基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法。

背景技术

大型机械设备正朝着智能化、结构轻量化的方向快速发展，其运行安全问题愈发突出。其中，收割机作为大型机械装备的一种，其结构可靠性与作业质量愈发受到重视。因收割机作业环境复杂多样，外界因素与收割机自身作业参数对收割机作业质量及可靠性影响的复合效应愈加显著。在此背景下，准确评估各变量对收割机运行状态的影响，辨识影响收割过程的关键因素，对提高收割机作业质量及可靠性具有重要价值。目前，大多数结构影响因素分析方法大多只能单一判断出其影响因素，不能准确辨识因素间的耦合关系以及量化评估影响因素。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种监测精度高的基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法。

技术方案：本发明所述的基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法包括如下步骤：

S1、收割机结构影响因素的确定；

S2、试验工况确定；

S3、收割机结构应力强度的确定；

S4、最优多项式响应面函数的建立；

S5、基于敏度修正的收割机结构影响程度的确定。

进一步地，S1.收割机结构影响因素的确定：根据收割机的工作原理，确定了五个主要工作参数，分别是参数A：前进速度v，参数B：拨禾轮转速ω，参数C：留茬高度α，参数D：粮仓负载t，参数E：脱粒滚筒转速β。这里选取不同前进速度水平，对其进行标号为i，v_i为第i个水平的前进速度，i＝1，2，...，N，N为前进速度的水平总数；选取不同拨禾轮转速水平，对其进行标号为j，ω_j为第j个水平的拨禾轮转速，j＝1，2，...，M，M为拨禾轮转速的水平总数；选取不同留茬高度水平，对其进行标号为s，α_s为第s个水平的留茬高度，s＝1，2，...，P，P为留茬高度的水平总数。选取不同粮仓负载水平，对其进行标号为r，t_r为第r个水平的粮仓负载，r＝1，2，...，K，K为粮仓负载的水平总数。选取不同滚筒转速，对其进行标号为l，β_l为第l个水平的滚筒转速，l＝1，2，...，G，G为滚筒转速的水平总数。

进一步地，S2.试验工况设计：根据上述S1步骤中确定得到的五种参数(前进速度v、拨禾轮转速ω、留茬高度α、粮仓负载t和脱粒滚筒转速β)，根据不同影响的不同水平共同建立正交试验表，得到了五因素的工况试验组，对其进行标号为h，h＝1，2，...，Q，Q为试验的总次数。

进一步地，S3.收割机结构应力强度的确定：根据上述S2步骤中确定的多种不同的工况试验组，将建立好的收割机三维模型转换为“x_t”的格式，导入到Adams多体动力学仿真软件中，该前处理界面上分别设置其材料属性，根据不同工况参数依次对其进行约束和施加驱动，仿真求解后提取出割台拨禾轮支撑座处载荷的大小，记为F_h；割刀处载荷大小，记为I_h；滚筒处载荷大小，记为U_h；F_h为拨禾轮支撑座在第h次试验中所受载荷的大小，I_h为割刀处在第h次试验中所受载荷的大小，U_h为割刀处在第h次试验中所受载荷的大小，h＝1，2，...，Q，Q为试验的总次数。

在Adams分析提取各工况的载荷基础上，通过ANSYS有限元软件进行静力学分析，通过自动网格进行该简化模型的网格划分工作，在前处理中进行边界约束和所提载荷的施加，仿真计算后分别得到每组工况对应的收割机最大应力σ_h，h为第h次试验。

进一步地，S4.最优多项式响应面函数的建立：根据S2步骤中确定的不同试验组合的参数情况，结合S3步骤中仿真求解出其对应的应力值，在MATLAB程序中对工况所对应的最大应力γ_h进行多项式函数的拟合，获得最大应力σ_h所对应的最佳响应面函数。

σ_h＝a₁v+a₂w+a₃α+a₄t+a₅β+a₆v²+a₇w²+a₈α²+a₉vw+a₁₀vα+a_llwt+a₁₂tβ

其中，σ_h为最大应力的最佳响应面函数；v为前进速度；ω为拨禾轮转速；α为留茬高度；t为粮仓负载；β为脱粒滚筒转速；a₁，a₂，a₃，...，a₁₂为最佳响应面函数的最佳拟合系数。

进一步地，S5.基于敏度修正的收割机结构影响程度的确定：根据S4步骤所确定最佳响应面函数，确定每个因素所对应的灵敏度值：

其中，λ_t称为因素x_t的一阶灵敏度系数，表示因素x_t对输出的主要影响，σ_h为最大应力的最佳响应面函数，h＝1，2，...，Q，Q为正交试验的总次数；因素x_i为参数v、ω、α、t、β，t＝1，2，3，4，5；S_ij(i≠j)为二阶灵敏度系数，表示两因素之间的交叉影响；

为最佳响应面函数σ_h的5阶偏方差；e为每个因素对应的水平总数；D为总方差，等于各阶偏方差之和。

有益效果：与现有技术相比，具有如下优势：

通过确定收割机结构的影响因素，利用正交试验进行工况设计，通过动力学与静力学仿真软件确定不同工况下收割机的结构应力值，建立最优响应面代理模型修正原有的灵敏度模型，修正后的灵敏度模型进而确定收割机结构的影响因素大小。本发明通过修正灵敏度模型来确定影响收割机结构的影响因素，可以快速准确量化判断每个影响因素的大小。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例基于一种基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法，该方法包括以下步骤：

S1.收割机结构影响因素的确定：

根据收割机的工作原理，确定了五个主要工作参数，分别是参数A：前进速度v，参数B：拨禾轮转速ω，参数C：留茬高度α，参数D：粮仓负载t，参数E：脱粒滚筒转速β。这里选取不同前进速度水平，对其进行标号为i，v_i为第i个水平的前进速度，i＝1，2，...，N，N为前进速度的水平总数；选取不同拨禾轮转速水平，对其进行标号为j，ω_j为第j个水平的拨禾轮转速，j＝1，2，...，M，M为拨禾轮转速的水平总数；选取不同留茬高度水平，对其进行标号为s，α_s为第s个水平的留茬高度，s＝1，2，...，P，P为留茬高度的水平总数。选取不同粮仓负载水平，对其进行标号为r，t_r为第r个水平的粮仓负载，r＝1，2，...，K，K为粮仓负载的水平总数。选取不同滚筒转速，对其进行标号为l，β_l为第l个水平的滚筒转速，l＝1，2，...，G，G为滚筒转速的水平总数。

S2.试验工况设计：

根据上述S1步骤中确定得到的五种参数(前进速度v、拨禾轮转速ω、留茬高度α、粮仓负载l和脱粒滚筒转速β)，根据不同影响的不同水平共同建立正交试验表，得到了五因素的工况试验组，对其进行标号为h，h＝1，2，...，Q，Q为试验的总次数。

S3.收割机结构应力强度的确定：

根据上述S2步骤中确定的多种不同的工况试验组，将建立好的收割机三维模型转换为“x_t”的格式，导入到Adams多体动力学仿真软件中，该前处理界面上分别设置其材料属性，根据不同工况参数依次对其进行约束和施加驱动，仿真求解后提取出割台拨禾轮支撑座处载荷的大小，记为F_h；割刀处载荷大小，记为I_h；滚筒处载荷大小，记为U_h；F_h为拨禾轮支撑座在第h次试验中所受载荷的大小，I_h为割刀处在第h次试验中所受载荷的大小，U_h为割刀处在第h次试验中所受载荷的大小，h＝1，2，...，Q，Q为试验的总次数。

在Adams分析提取各工况的载荷基础上，通过ANSYS有限元软件进行静力学分析，通过自动网格进行该简化模型的网格划分工作，在前处理中进行边界约束和所提载荷的施加，仿真计算后分别得到每组工况对应的收割机最大应力σ_h，h为第h次试验。

S4.最优多项式响应面函数的建立：

根据S2步骤中确定的不同试验组合的参数情况，结合S3步骤中仿真求解出其对应的应力值，在MATLAB程序中对工况所对应的最大应力γ_h进行多项式函数的拟合，获得最大应力σ_h所对应的最佳响应面函数。

σ_h＝a₁v+a₂w+a₃α+a₄t+a₅β+a₆v²+a₇w²+a₈α²+a₉vw+a₁₀vα+a₁₁wt+a₁₂tβ

其中，σ_h为最大应力的最佳响应面函数；v为前进速度；ω为拨禾轮转速；α为留茬高度；t为粮仓负载；β为脱粒滚筒转速；a₁，a₂，a₃，...，a₁₂为最佳响应面函数的最佳拟合系数。

S5.基于敏度修正的收割机结构影响程度的确定：

根据S4步骤所确定最佳响应面函数，确定每个因素所对应的灵敏度值：

其中，λ_t称为因素x_t的一阶灵敏度系数，表示因素x_t对输出的主要影响，σ_h为最大应力的最佳响应面函数，h＝1，2，...，Q，Q为正交试验的总次数；因素x_i为参数v、ω、α、t、β，t＝1，2，3，4，5；S_ij(i≠j)为二阶灵敏度系数，表示两因素之间的交叉影响；

为最佳响应面函数σ_h的5阶偏方差；e为每个因素对应的水平总数；D为总方差，等于各阶偏方差之和。

Claims (1)

1.一种基于灵敏度修正的收割机结构强度影响因素分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、收割机结构影响因素的确定；

S2、试验工况确定；

S3、收割机结构应力强度的确定；

S4、最优多项式响应面函数的建立；

S5、基于敏度修正的收割机结构影响程度的确定，

所述步骤S1确定方法：根据收割机的工作原理，确定五个主要工作参数，分别是参数A：前进速度v，参数B：拨禾轮转速ω，参数C：留茬高度α，参数D：粮仓负载t，参数E：脱粒滚筒转速β，这里选取不同前进速度水平，对其进行标号为i，v_i为第i个水平的前进速度，i＝1，2，...，N，N为前进速度的水平总数；选取不同拨禾轮转速水平，对其进行标号为j，ω_j为第j个水平的拨禾轮转速，j＝1，2，...，M，M为拨禾轮转速的水平总数；选取不同留茬高度水平，对其进行标号为s，α_s为第s个水平的留茬高度，s＝1，2，...，P，P为留茬高度的水平总数，选取不同粮仓负载水平，对其进行标号为r，t_r为第r个水平的粮仓负载，r＝1，2，...，K，K为粮仓负载的水平总数，选取不同滚筒转速，对其进行标号为l，β_l为第l个水平的滚筒转速，l＝1，2，...，G，G为滚筒转速的水平总数，

所述步骤S2确定方法：根据S1步骤中确定得到的五种参数，根据不同影响的不同水平共同建立正交试验表，得到了五因素的工况试验组，对其进行标号为h，h＝1，2，...，Q，Q为试验的总次数，

所述步骤S3确定方法：根据S2步骤中确定的多种不同的工况试验组，将建立好的收割机三维模型转换为“x_t”的格式，导入到Adams多体动力学仿真软件中，前处理界面上分别设置其材料属性，根据不同工况参数依次对其进行约束和施加驱动，仿真求解后提取出割台拨禾轮支撑座处载荷的大小，记为F_h；割刀处载荷大小，记为I_h；滚筒处载荷大小，记为U_h；F_h为拨禾轮支撑座在第h次试验中所受载荷的大小，I_h为割刀处在第h次试验中所受载荷的大小，U_h为割刀处在第h次试验中所受载荷的大小，h＝1，2，...，Q，Q为试验的总次数，在Adams分析提取各工况的载荷基础上，通过ANSYS有限元软件进行静力学分析，通过自动网格进行简化模型的网格划分工作，在前处理中进行边界约束和所提载荷的施加，仿真计算后分别得到每组工况对应的收割机最大应力σ_h，h为试验组的标号，

所述步骤S4函数的建立方法：根据S2步骤中确定的不同试验组合的参数情况，结合S3步骤中仿真求解出其对应的应力值，在MATLAB程序中对工况所对应的最大应力γ_h进行多项式函数的拟合，获得最大应力σ_h所对应的最佳响应面函数，

σ_h＝a₁v+a₂w+a₃α+a₄t+a₅β+a₆v²+a₇w²+a₈α²+a₉vw+a₁₀vα+a₁₁wt+a₁₂tβ

其中，σ_h为最大应力的最佳响应面函数；v为前进速度；ω为拨禾轮转速；α为留茬高度；t为粮仓负载；β为脱粒滚筒转速；a₁，a₂，a₃，...，a₁₂为最佳响应面函数的最佳拟合系数，

所述步骤S5确定方法：根据S4步骤所确定最佳响应面函数，确定每个因素所对应的灵敏度值：

其中，h为试验组的标号；因素x_i为参数v、ω、α、t、β，i＝1，2，3，4，5；

为最佳响应面函数σ_h的5阶偏方差；e为每个因素对应的水平总数；D为总方差，等于各阶偏方差之和。

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