01  论文基本信息

《智能化农业装备学报（中英文）》2024年第5卷第2期“丘陵山区智能农机技术与装备”专题刊载了昆明理工大学、云南师范大学等单位 马遥, 苏微, 赖庆辉, 张弦, 于庆旭, 宛渊的论文——轻量化三七移栽机车架有限元分析及拓扑优化设计。该研究由国家自然科学基金项目(52165031)资助。

02  引文信息

引用格式如下，欢迎大家阅读、引用。

马遥, 苏微, 赖庆辉, 张弦, 于庆旭, 宛渊. 轻量化三七移栽机车架有限元分析及拓扑优化设计[J]. 智能化农业装备学报（中英文）, 2024, 5(2): 51-60.

MA Yao, SU Wei, LAI Qinghui, ZHANG Xian, YU Qingxu, WAN Yuan. Finite element analysis and topology optimization design of lightweight Panax Notoginseng transplanting machine frame[J]. Journal of Intelligent Agricultural Mechanization, 2024, 5(2): 51-60.

DOI: 10.12398/j.issn.2096-7217.2024.02.006

03  论文研究内容

摘要：三七是我国种植规模最大，开发利用较多的大宗药材之一，而云南省作为我国三七主要的产区，由于地形和农艺要求的影响，传统农业机具难以进入移栽区域进行作业，导致目前三七移栽仍采用传统人工作业方式，为此，研制一款三七移栽机对于促进三七产业化发展尤为重要。车架作为移栽机车身重要的承载结构，对整车性能的优劣有着至关重要的影响。为此，针对移栽机车架进行结构分析，旨在提升车架结构及整车的性能，为车架结构设计提供理论依据。利用SolidWorks软件建立车架三维模型，并导入ANSYS软件中进行静态有限元分析，通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值的相对误差范围后，对不同工况下车架动载性能进行分析以及前8阶模态振动变形分析，基于分析结果可知车架具有良好强度性能，但座椅位置存在较大变形，结构的刚度不足的问题。采用拓扑优化对车架进行优化设计，在保证车架应力分布合理的情况下减少车架变形情况通过改变斜撑支架结构布置实现减小变形的目的。根据优化设计结果，使车架总质量增加8.739%，变形量减小88.268%，最大应力减小11.693%。改进后的车架最大应力有所降低，并且车架变形有何明显改善，研究表明通过有限元法以及拓扑优化技术对于指导移栽机车架的结构设计具有较好的适用性。

关键词： 三七 ; 移栽机 ; 车架 ; 有限元 ; 拓扑优化 ; 模态分析

Abstract:Panax Notoginseng is one of the most extensively cultivated and utilized bulk medicinal materials in China， and Yunnan Province is the main producing area for Panax Notoginseng in the country. Due to the influence of terrain and agronomic requirements， traditional agricultural machinery faces difficulties in entering the planting areas for operation， resulting in the current manual operation of Panax Notoginseng transplantation. Therefore， the development of a Panax Notoginseng transplanting machine is crucial for promoting the industrialization of Panax Notoginseng. As the crucial load-bearing structure of the transplanting machine， the frame significantly affects the overall performance of the vehicle. This paper focuses on the structural analysis of the transplanting machine frame， aiming to improve the performance of the frame and the entire vehicle， and provide theoretical basis for frame structural design. A three-dimensional model of the frame is established using SolidWorks software and imported into ANSYS software for static finite element analysis. After determining the relative error range between the stress values obtained from static electrical tests and experimental stress values， the dynamic loading performance of the frame under different working conditions and the modal vibration deformation analysis of the first eight modes are conducted. The analysis results indicate that the frame exhibits good strength performance， but significant deformation occurs at the seat position， indicating insufficient stiffness of the structure. Topology optimization is employed to optimize the frame design， aiming to reduce frame deformation while ensuring reasonable stress distribution. By altering the arrangement of diagonal brace brackets， the goal of reducing deformation is achieved. According to the optimization design results， the total mass of the frame increases by 8.739%， while the deformation is reduced by 88.268%， and the maximum stress is decreased by 11.693%. The improved frame exhibits reduced maximum stress and significantly improved deformation， demonstrating the applicability of finite element method and topology optimization technology in guiding the structural design of transplanting machine frames.

Keywords: Panax Notoginseng ; transplanting machine ; frame ; finite element ; optimization design ; modal analysis

04  文章图片

05  作者简介

第一作者

马遥，男，1999年生，贵州六盘水人，硕士研究生；研究方向为农业机械装备与计算机测控。联系邮箱：1348124520@qq.com。

通信作者

苏微，1979年生，女，黑龙江桦南人。博士，副教授，硕士生导师。主要从事农机装备研发、农业机械化生产与管理等方向的科学研究和教学工作。2012年6月毕业于东北农业大学农业机械化工程专业，获工学博士学位；2012年9月至今在昆明理工大学现代农业工程学院从事教学科研工作。近年来主持国家自然科学基金项目1项，主持农业农村部农业关键核心技术GG项目1项，主持云南省科技厅项目1项，主持云南省教育厅项目1项，主持云南省省级人培项目1项，参与国家级及省部级项目9项。以第1或通讯作者发表SCI、EI收录论文14篇，授权发明专利13件，技术转让发明专利2件。出版学术专著1部。指导学生获云南省“互联网+”大学生创新创业大赛银奖2项、国际大学生智能农业装备创新大赛优秀奖1项。联系邮箱：laisubo@163.com。

《智能化农业装备学报（中英文）》是经国家新闻出版署批准，中华人民共和国农业农村部主管、农业农村部南京农业机械化研究所主办的农业工程类学术期刊。中国工程院罗锡文院士担任编辑委员会主任委员。国内统一刊号：CN 32-1887/S2国际标准刊号：ISSN 2096-7217

期刊网站：http://znhnyzbxb.niam.com.cn联系电话：025-84346292电子邮箱：jiam@caas.cn

本期支持单位

四川省农业机械科学研究院

无锡悦田农业机械科技有限公司

联系我们

       为方便智能化农业领域读者、作者和审稿专家学术交流，编辑部建立了微信交流服务群，目前主要发布编辑部资讯、征稿启事、论文推荐及行业动态等信息，有关专业领域的问题讨论、投稿等相关问题均可在群里咨询。

    入群方法：请您添加微信15366092884，备注：姓名+单位+研究方向，小编邀您加入交流群，机构营销广告人员勿扰。