一種控制縱軸流脫粒滾筒低頻振動的準零剛度復梁結構的制作方法
本發明屬于聯合收割機脫粒分離裝置承載機架結構領域，尤其是涉及一種控制縱軸流脫粒滾筒低頻振動的準零剛度復梁結構。
背景技術：
聯合收割機縱軸流脫粒滾筒在脫粒過程中受水稻莖稈纏繞約束，縱軸流滾筒脫粒過程中滾筒產生的明顯振動隨脫粒開始而產生、隨喂入量波動而變化、隨脫粒結束而消失，振動特性瞬變，難以減振。縱軸流滾筒脫粒過程中產生的振動常引起承載機架上離心風機、振動篩、回程板、抖動板、切流滾筒或機架等結構共振，嚴重影響脫粒裝置結構可靠性和脫粒性能。2014年《農業工程學報》的30(8)期文章《履帶式全喂入水稻聯合收獲機振動測試與分析》指出聯合收割機脫粒滾筒空載及田間收獲的最大激振頻率分別12.70hz和23.44hz；2014年《appliedmechanicsandmaterials》的69(3)期文章《dynamicbalancingofthethreshingdrumincombineharvesters-theprocess,sourcesofimbalanceandnegativeimpactofmechanicalvibrations》指出聯合收割機脫粒滾筒主頻振動小于30hz。國外大型聯合收割機自重達10t～15t，常通過調節滾筒轉動慣量的方法控制脫粒過程中的振動，但該方法將增大滾筒脫粒過程中的功耗或整機重量；通過液壓驅動阻尼控制滾筒脫粒過程中振動的方法，目前很難與現有履帶式聯合收割機結構相匹配。
由于結構固有頻率與剛度成正比，則剛度近似為零的準零剛度結構其固有頻率也近似為零，準零剛度結構常被用于中低頻的隔振控制。專利cn201510418855.0發明了一種準零剛度隔振系統及其非線性反饋控制方法，能解決被動隔振系統及反饋控制系統中的抑制共振峰，減少隔振系統主共振峰出的振幅；專利cn201610182527.x發明了一種準零剛度壓桿，可安裝于各類隔振平臺，使其在各自由度上具有高靜低動剛度特性，從而實現低頻隔振；專利cn201610599158.4發明了一種帶準零剛度特性的三維隔震/振支座，發明的碟形彈簧剛好處于壓平狀態，豎向隔震/振系統處于準零剛度狀態，能起到隔離豎向振動或地震目的；但現有準零剛度減振結構無法與聯合收割機脫粒滾筒結構及承載機架匹配。由于聯合收割機收獲中，水稻喂入具有時變性，滾筒脫粒過程中隨著籽粒的分離及柔性稻稈的旋繞約束，滾筒脫粒過程中存在的偏心負載及不平衡振動無法避免，但難以采用配重、反向振動、液壓可控阻尼等方法對滾筒脫粒過程中的振動進行控制。因此，需要針對我國水稻收獲期特性設計履帶式聯合收割機縱軸流滾筒脫粒過程的振動控制準零剛度減振復梁結構。
技術實現要素：
針對現有履帶式聯合收割機縱軸流滾筒脫粒過程中滾筒產生的明顯振動現象，隨脫粒開始而產生、隨喂入量波動而變化、隨脫粒結束而消失，振動特性瞬變且難以減振，本發明提供了一種控制縱軸流脫粒滾筒低頻振動的準零剛度復梁結構，準零剛度復梁右側與復梁右連接件相連、左側與復梁左連接件相連，復梁右連接件與右立柱相連、復梁左連接件與左立柱相連，準零剛度復梁中部通過脫粒滾筒軸承座與脫粒滾筒軸相連；正剛度橫梁受縱軸流脫粒滾筒動載作用處于平衡位置時正剛度與負剛度屈梁軸端受預應力螺桿擠壓產生預應力時負剛度的總剛度近似為零時形成準零剛度復梁平衡點；通過準零剛度復梁平衡點對縱軸流脫粒滾筒脫粒過程中產生的低頻振動進行隔振控制。
本發明是通過以下技術手段實現上述技術目的的。
一種控制縱軸流脫粒滾筒低頻振動的準零剛度復梁結構，其特征在于，包括固定在底盤機架上的左立柱和右立柱、準零剛度復梁、復梁右連接件和復梁左連接件；所述準零剛度復梁包括正剛度橫梁、負剛度屈梁和正負剛度梁連接墊，所述正剛度橫梁位于負剛度屈梁上側、且兩者的中部固定連接，正負剛度梁連接墊位于正剛度橫梁和負剛度屈梁中部之間的空隙處；所述準零剛度復梁左右兩端分別通過復梁右連接件、復梁左連接件連接在左立柱和右立柱上，所述復梁右連接件處設置預應力螺桿，對負剛度屈梁施加預應力；所述脫粒滾筒的脫粒滾筒軸兩端通過軸承座裝在準零剛度復梁中部。
進一步地，所述正剛度橫梁受縱軸流脫粒滾筒動載作用處于平衡位置時的正剛度
進一步地，所述負剛度屈梁右端連接有負剛度屈梁應力橫板，所述應力橫板的右端面上設置有螺桿定位套，所述預應力螺桿延伸至螺桿定位套中、由其定位，所述負剛度屈梁應力橫板左端面設有負剛度屈梁右連接耳，負剛度屈梁右端通過螺栓與負剛度屈梁右連接耳相連。
進一步地，所述復梁右連接件包括復梁右連接u形套、預應力螺帽，復梁右連接u形套由2個螺栓固定在右立柱上；所述復梁右連接u形套上部設置有用于裝配正剛度橫梁的圓形通孔，預應力螺帽固定在所述復梁右連接u形套右端面上，預應力螺桿穿過右立柱和預應力螺帽與負剛度屈梁應力橫板相連；所述復梁左連接件包括復梁左連接u套和左連接u形套耳，復梁左連接u套由2個螺栓固定在左立柱上；復梁左連接件上部設有用于裝配正剛度橫梁的圓形通孔；負剛度屈梁左端為圓環狀，通過螺栓固定在左連接u形套耳上；正剛度橫梁兩端分別裝在復梁左連接件、復梁右連接u形套的圓形通孔內。
進一步地，所述負剛度屈梁中部上側、正剛度橫梁中部下側分別固定有一個定位套圈504；所述負剛度屈梁中部與正剛度橫梁中部通過定位套圈相連。
進一步地，所述準正剛度橫梁和負剛度屈梁均為寬度40mm～60mm，厚2mm～4mm，長500mm～600mm的板簧；負剛度屈梁左側彎出內徑為12mm～16mm圓鉤，負剛度屈梁右側邊緣以內25mm處開有內孔徑為12mm～16mm的兩個通孔。
本發明的有益效果：
(1)本發明針對縱軸流脫粒過程中受水稻莖稈纏繞約束產生的低頻隔振設計了一種控制縱軸流脫粒滾筒低頻振動的準零剛度復梁結構，由正剛度橫梁、負剛度屈梁、定位套圈、正負剛度梁連接螺桿、正負剛度梁連接墊構成，在正剛度橫梁受縱軸流脫粒滾筒動載作用處于平衡位置時正剛度與負剛度屈梁軸端預應力產生負剛度的總剛度近似為零時，即形成準零剛度復梁平衡點；在準零剛度復梁平衡點位置具有高靜低動剛度特性；通過準零剛度復梁平衡點對縱軸流脫粒滾筒脫粒過程中產生的低頻振動進行隔振控制，解決了滾筒脫粒過程中隨著籽粒的分離及柔性稻稈的旋繞約束存在的偏心負載及不平衡振動產生的振動傳遞。
(2)本發明的預應力螺桿穿過預應力螺帽并與負剛度屈梁應力橫板接觸，預應力螺桿左端頭由螺桿定位套限位，由預應力螺桿與預應力螺帽進行預緊對負剛度屈梁應力橫板施加預應力，負剛度屈梁的軸端預應力施加結構簡單，通過調節預應力螺桿可以方便控制負剛度屈梁的負剛度大小，負剛度屈梁結構調節和操作簡單；也可以根據田間作物的產量和生長特性精準調節負剛度屈梁軸端預應力構建適用不同作物收獲的準零剛度復梁結構。
(3)本發明的正剛度橫梁和負剛度屈梁在平衡點處的正負總剛度為零時，即產生準零剛度復梁平衡點控制縱軸流滾筒脫粒過程振動，準零剛度復梁結構及外形尺寸與現有履帶式聯合收割機匹配，可以直接替換現有履帶式聯合收割機上縱軸流脫粒滾筒承載橫梁，也可以將本發明直接應用在現有結構尺寸的履帶式水稻聯合收割機上，減少了研發成本，極大的提高了本發明的通用性和普適性。
(4)本發明的準零剛度復梁右側與復梁右連接件相連、準零剛度復梁左側與復梁左連接件相連，復梁右連接u形套套在右立柱上、所述復梁左連接u套套在左立柱上，再將準零剛度復梁中部通過脫粒滾筒軸承座與脫粒滾筒的脫粒滾筒軸相連，本發明采用在軸端施加預應力的方法構建可控負剛度屈梁，預應力屈梁不改變滾筒機架原有結構和工作參數，保證了動載激振下承載橫梁強度和穩定性，解決了采用現有準零剛度結構承載縱軸流滾筒動載時難以保證滾筒脫粒過程中動載荷承載的強度和穩定性問題。
附圖說明
圖1準零剛度復梁結構與縱軸流脫粒滾筒的裝配圖。
圖2準零剛度復梁結構與縱軸流脫粒滾筒裝配結構原理圖。
圖3準零剛度復梁通過連接件與立柱裝配的俯視圖。
圖4負剛度屈梁右側應力構件裝配示意圖。
圖5負剛度屈梁應力板受力構件裝配示意圖。
圖6復梁左連接件俯視圖。
圖7復梁左連接件右視圖。
圖8復梁右連接件俯視圖。
圖9復梁右連接件左視圖。
圖10復梁右連接件右視圖。
圖11正剛度橫梁主視圖。
圖12負剛度屈梁主視圖。
圖13負剛度屈梁俯視圖。
圖14正負剛度梁連接螺桿主視圖。
圖15定位套圈俯視圖。
圖16負剛度屈梁右連接耳主視圖。
圖17負剛度屈梁應力橫板主視圖。
圖18螺桿定位套主視圖。
圖19左連接u形套耳主視圖。
圖20預應力螺桿主視圖。
圖21左立柱主視圖。
圖22右立柱主視圖。
圖23正剛度橫梁與負剛度屈梁自由狀態結構示意圖。
圖24準零剛度復梁控制縱軸流滾筒低頻振動原理圖。
附圖標記說明如下：
1-底盤機架，2-左立柱，3-右立柱，4-凹板篩，5-準零剛度復梁，501-正剛度橫梁，501a-正剛度橫梁左側，501b-正剛度橫梁右側，502-負剛度屈梁，502a-負剛度曲梁左側，502b-負剛度曲梁右側，503-正負剛度梁連接墊，504a-正剛度橫梁套圈，504b-負剛度屈梁套圈，505-正負剛度梁連接螺桿，506-螺桿定位套，507-負剛度屈梁連接右螺桿，508-負剛度屈梁右連接耳，509-負剛度屈梁應力橫板，5010-激振力，6-脫粒滾筒，601-脫粒滾筒體，602-脫粒滾筒軸承座，603-脫粒滾筒軸，7-滾筒頂蓋，8-復梁右連接件，801-復梁右連接u形套，802-預應力螺帽，803-預應力螺桿，9-復梁左連接件，901-復梁左連接u套，902-左連接u形套耳，902a-左連接u形套耳a，902b-左連接u形套耳b。
具體實施方式
下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并不限于此。
如圖1和圖2所述，本發明所述的控制縱軸流脫粒滾筒低頻振動的準零剛度復梁結構，包括左立柱2、右立柱3、準零剛度復梁5、復梁右連接件8和復梁左連接件9。左立柱2、右立柱3固定在底盤機架上。所述準零剛度復梁5右側通過復梁右連接件8連接在右立柱3上，準零剛度復梁5左側通過復梁左連接件9連接在左立柱2上。所述脫粒滾筒6包括脫粒滾筒體601、脫粒滾筒軸承座602、脫粒滾筒軸603，脫粒滾筒體601上側為滾筒頂蓋7、下側為凹板篩4；脫粒滾筒6的脫粒滾筒軸603通過脫粒滾筒軸承座602固定在所述準零剛度復梁5中部。
所述準零剛度復梁5包括正剛度橫梁501、負剛度屈梁502和正負剛度梁連接墊503，所述正剛度橫梁501位于負剛度屈梁502上側，正負剛度梁連接墊503位于正剛度橫梁501和負剛度屈梁502之間。所述正剛度橫梁501與負剛度屈梁502的中部固定連接。
如圖3、圖4和圖5所示，所述負剛度屈梁502上側中部安裝有負剛度屈梁套圈504b，負剛度屈梁502右端與負剛度屈梁應力橫板509相連；所述負剛度屈梁應力橫板509左側面上下對稱安裝有兩個負剛度屈梁右連接耳508，負剛度屈梁應力橫板509右側中心位置安裝有螺桿定位套506；負剛度屈梁502右側與負剛度屈梁右連接耳508通過負剛度屈梁連接右螺桿507固定。
如圖6和圖7所示，所述復梁左連接件9包括復梁左連接u套901和左連接u形套耳902，所述復梁左連接u套901左右兩側面上開有直徑為12mm～16mm的2個通孔，兩孔中心間距為100mm～120mm。所述復梁左連接u套901套在左立柱2上，復梁左連接u套901由2個直徑為10mm～14mm的螺栓與左立柱2進行固定。復梁左連接件9上部設有用于裝配正剛度橫梁501的圓形通孔；正剛度橫梁501的左端穿入復梁左連接件9上部的圓形通孔內。左連接u形套耳902位于所述復梁左連接件9右側下部，分別為左連接u形套耳a902a和左連接u形套耳b902b，位于所述2通孔中間且對稱安裝。左連接u形套耳a902a和左連接u形套耳b902b間距為6mm～8mm。負剛度屈梁502左端為圓環狀，并位于左連接u形套耳a902a和左連接u形套耳b902b中間，通過螺栓固定在左連接u形套耳902上。
如圖8、圖9、圖10所示，所述復梁右連接件8包括復梁右連接u形套801、預應力螺帽802、預應力螺桿803；所述復梁右連接u形套801左側面上開有直徑為12mm～16mm的2個通孔，相鄰兩孔中心間距為40mm～60mm，2個通孔中間位置開有6mm×6mm的方形通孔；復梁右連接u形套801右側面上開有直徑為12mm～16mm的3個通孔，相鄰兩孔中心間距為40mm～60mm；復梁右連接u形套801右側中間通孔內嵌有外徑為12mm～16mm的預應力螺帽802。復梁右連接u形套801套在右立柱3上，復梁右連接u形套801由2個直徑為10mm～14mm的螺栓與右立柱3進行固定；所述復梁右連接u形套801上部設置有用于裝配正剛度橫梁501的圓形通孔，正剛度橫梁501右端穿入所述復梁右連接u形套801左上部的圓形通孔內。負剛度屈梁502右側穿過復梁右連接u形套801左側方孔，預應力螺桿803穿過預應力螺帽802、右立柱3與負剛度屈梁應力橫板509接觸，預應力螺桿803左端頭由螺桿定位套506限位，由預應力螺桿803與預應力螺帽802進行預緊對負剛度屈梁應力橫板509施加預應力。
如圖11、圖12、圖13所示，所述準正剛度橫梁501和負剛度屈梁502均為寬度40mm～60mm，厚2mm～4mm，長500mm～600mm的板簧；負剛度屈梁502左側彎出內徑為12mm～16mm圓鉤，負剛度屈梁502右側邊緣以內25mm處開有內孔徑為12mm～16mm的兩個通孔。
所述正剛度橫梁501下側中部安裝有正剛度橫梁套圈504a，負剛度屈梁套圈504b與正剛度橫梁套圈504a通過正負剛度梁連接螺桿505相連，實現負剛度屈梁502與正剛度橫梁501中部的固定連接。所述正負剛度梁連接螺桿505為直徑為10mm～12mm的u型螺桿，如圖14所示，兩端螺桿中心間距為50mm～60mm。所述正剛度橫梁套圈504a和負剛度屈梁套圈504b的內孔徑為12mm～16mm、厚度為2mm、長度為10mm～12mm的空心圓柱，如圖15所示。
所述負剛度屈梁右連接耳508外形為40mm×60mm、厚為4mm～6mm的鋼板，中間對稱開有12mm～16mm的2個通孔，如圖16所示。所述負剛度屈梁應力橫板509外形為40mm×60mm、厚為4mm～6mm的鋼板，如圖17所示；所述螺桿定位套506內徑為12mm～16mm、高度為8mm～10mm、厚為4mm～6mm的鋼圈，如圖18所示。
左連接u形套耳a902a和左連接u形套耳b902b厚度為4mm～6mm、寬度為度40mm～60mm、高度為50mm～60mm的矩形與半圓組合鋼板，在u形套耳a902a和左連接u形套耳b902b一段開有內孔徑為12mm～16mm的通孔，如圖19所示。所述預應力螺桿803直徑為10mm～14mm、長度為50mm～60mm的螺栓，如圖20所示。
如圖21和圖22所示，所述左立柱2和右立柱3為壁厚2mm～3mm，截面形狀為40mm×40mm的方鋼；左立柱2左右兩側面上開有直徑為12mm～16mm的2個通孔，兩孔中心間距為100mm～120mm；右立柱3左右兩側面上開有直徑為12mm～16mm的3個通孔，兩孔中心間距為40mm～60mm；左立柱2上中間12mm～16mm的通孔內嵌有外徑為12mm～16mm的預應力螺帽802。
如圖23所示，所述正剛度橫梁501受縱軸流脫粒滾筒6動載作用處于平衡位置時的正剛度
如圖24所示，所述正剛度橫梁501包括正剛度橫梁左側501a和正剛度橫梁右側501b，負剛度屈梁502包括負剛度曲梁左側502a和負剛度曲梁右側502b；正剛度橫梁501與負剛度屈梁502在正負剛度梁連接墊503處形成準零剛度結構平衡點；在準零剛度復梁5平衡點處受到激振力5010時，若準零剛度復梁平衡點向上運動，則正剛度橫梁左側501a和正剛度橫梁右側501b受壓吸收能量，負剛度曲梁左側502a和負剛度曲梁右側502b受拉釋放能量，準零剛度復梁5平衡點合力正好與激振力5010平衡；若準零剛度復梁平衡點向下運動，則正剛度橫梁左側501a和正剛度橫梁右側501b受拉釋放能量，負剛度曲梁左側502a和負剛度曲梁右側502b受壓吸收能量，準零剛度復梁5平衡點合力正好與激振力5010平衡。
所述實施例為本發明的優選的實施方式，但本發明并不限于上述實施方式，在不背離本發明的實質內容的情況下，本領域技術人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發明的保護范圍。
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