基于ANSYS的水稻钵苗移栽机齿轮箱振动分析与优化

针对高速水稻钵苗移栽机的工作状态下的振动问题，本文以钵苗移栽机实验平台作为研究对象，分析其栽插结构的运动方式和工作原理，并利用Solidworks对其关键部件齿轮箱进行三维建模，导入ANSYS Workbench求解固有频率与振型，并通过试验模态验证结算结果的准确性，为移栽机减震降噪优化提供了前提条件，进而运用ANSYS优化设计模块对齿轮箱的结构参数进行优化设计，将优化后的齿轮箱装配于试验平台进行整机振动试验，结果证明了齿轮箱模态分析及结构优化的有效性，同时也验证了试验平台的可行性及有效性。对高速水稻钵苗移栽装置振动特性进行研究，找出振动源，实现降振优化以及消弭共振现象，对提升移栽装置性能及保证操作人员高效工作都有重要的意义。

自进入2000 年来，水稻种植面积逐年增长，随之水稻种植的机械化程度也在不断加深，进而影响了水稻移栽机朝高速化、精准化和高稳定性的发展[1] [2]。

水稻移栽方式主要聚焦于毯状苗移栽和钵苗移栽这两类，我国多是以毯状苗移栽为主，但钵苗移栽具有亩产高、损伤小和返青快等优势，因而钵苗水稻移栽机具有广泛的发展前景[3]。

钵苗水稻移栽机齿轮箱作为水稻移栽系统的重要的工作承载者，其直接决定移栽机工作的优劣。在高速作业过程中，往往受到外部环境和内部结构所产生的激励影响，导致当移栽机的自身固有频率与外部动载荷频率相趋的同时， 易发生共振现象[4] [5]， 同时水田中崎岖不平的路面也易引起移栽机激振的发生。继而不光对移栽机的作业质量产生影响，还会造成关键部件由于金属疲劳现象而造成机械性能和工作寿命下降，甚至也会对驾驶员身心健康造成损害[6]。由此，通过对移栽机支撑臂的振动研究，达到减震降噪，实现移栽机的高效作业，其研究具有重要的意义。

为了提高农机的工作效率，国内专家大都早已开展了关于振动特性、振源检测以及振动消弭等的一系列研究，并在振动监测系统、模态试验与分析和零部件参数化改进等方面取得了一定的成果。石林[7]使用Nastran 对变速箱体进行模态分析，求解其五阶振型，以此为基础对变速箱进行结构优化，从而达到提高变速箱的动态性能，减少断裂损坏现象发生的目的。林枝强[8]采用试验检测和有限元数值分析相结合的方法对柴油机进行了减振优化，优化后整机固有频率有效地避开了柴油机前6 阶激频，实现减振降噪的目的。吴正琴[9]则是利用Rhino 软件对发动机底盘机架进行有限元模态化分析，获得抑制共振现象的优化方案。Chen KK [10]开发了一种基于模态分析有效独立法的机械变形预测系统，该系统模拟了农机工作过程中插秧机支臂的振动情况，其研究结果为后续的支撑臂外部机构优化做好了铺垫。