一种控制纵轴流脱粒滚筒低频振动的准零刚度复梁结构的制作方法

本发明属于联合收割机脱粒分离装置承载机架结构领域，尤其是涉及一种控制纵轴流脱粒滚筒低频振动的准零刚度复梁结构。

背景技术：

联合收割机纵轴流脱粒滚筒在脱粒过程中受水稻茎秆缠绕约束，纵轴流滚筒脱粒过程中滚筒产生的明显振动随脱粒开始而产生、随喂入量波动而变化、随脱粒结束而消失，振动特性瞬变，难以减振。纵轴流滚筒脱粒过程中产生的振动常引起承载机架上离心风机、振动筛、回程板、抖动板、切流滚筒或机架等结构共振，严重影响脱粒装置结构可靠性和脱粒性能。2014年《农业工程学报》的30(8)期文章《履带式全喂入水稻联合收获机振动测试与分析》指出联合收割机脱粒滚筒空载及田间收获的最大激振频率分别12.70hz和23.44hz；2014年《appliedmechanicsandmaterials》的69(3)期文章《dynamicbalancingofthethreshingdrumincombineharvesters-theprocess,sourcesofimbalanceandnegativeimpactofmechanicalvibrations》指出联合收割机脱粒滚筒主频振动小于30hz。国外大型联合收割机自重达10t～15t，常通过调节滚筒转动惯量的方法控制脱粒过程中的振动，但该方法将增大滚筒脱粒过程中的功耗或整机重量；通过液压驱动阻尼控制滚筒脱粒过程中振动的方法，目前很难与现有履带式联合收割机结构相匹配。

由于结构固有频率与刚度成正比，则刚度近似为零的准零刚度结构其固有频率也近似为零，准零刚度结构常被用于中低频的隔振控制。专利cn201510418855.0发明了一种准零刚度隔振系统及其非线性反馈控制方法，能解决被动隔振系统及反馈控制系统中的抑制共振峰，减少隔振系统主共振峰出的振幅；专利cn201610182527.x发明了一种准零刚度压杆，可安装于各类隔振平台，使其在各自由度上具有高静低动刚度特性，从而实现低频隔振；专利cn201610599158.4发明了一种带准零刚度特性的三维隔震/振支座，发明的碟形弹簧刚好处于压平状态，竖向隔震/振系统处于准零刚度状态，能起到隔离竖向振动或地震目的；但现有准零刚度减振结构无法与联合收割机脱粒滚筒结构及承载机架匹配。由于联合收割机收获中，水稻喂入具有时变性，滚筒脱粒过程中随着籽粒的分离及柔性稻秆的旋绕约束，滚筒脱粒过程中存在的偏心负载及不平衡振动无法避免，但难以采用配重、反向振动、液压可控阻尼等方法对滚筒脱粒过程中的振动进行控制。因此，需要针对我国水稻收获期特性设计履带式联合收割机纵轴流滚筒脱粒过程的振动控制准零刚度减振复梁结构。

技术实现要素：

针对现有履带式联合收割机纵轴流滚筒脱粒过程中滚筒产生的明显振动现象，随脱粒开始而产生、随喂入量波动而变化、随脱粒结束而消失，振动特性瞬变且难以减振，本发明提供了一种控制纵轴流脱粒滚筒低频振动的准零刚度复梁结构，准零刚度复梁右侧与复梁右连接件相连、左侧与复梁左连接件相连，复梁右连接件与右立柱相连、复梁左连接件与左立柱相连，准零刚度复梁中部通过脱粒滚筒轴承座与脱粒滚筒轴相连；正刚度横梁受纵轴流脱粒滚筒动载作用处于平衡位置时正刚度与负刚度屈梁轴端受预应力螺杆挤压产生预应力时负刚度的总刚度近似为零时形成准零刚度复梁平衡点；通过准零刚度复梁平衡点对纵轴流脱粒滚筒脱粒过程中产生的低频振动进行隔振控制。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种控制纵轴流脱粒滚筒低频振动的准零刚度复梁结构，其特征在于，包括固定在底盘机架上的左立柱和右立柱、准零刚度复梁、复梁右连接件和复梁左连接件；所述准零刚度复梁包括正刚度横梁、负刚度屈梁和正负刚度梁连接垫，所述正刚度横梁位于负刚度屈梁上侧、且两者的中部固定连接，正负刚度梁连接垫位于正刚度横梁和负刚度屈梁中部之间的空隙处；所述准零刚度复梁左右两端分别通过复梁右连接件、复梁左连接件连接在左立柱和右立柱上，所述复梁右连接件处设置预应力螺杆，对负刚度屈梁施加预应力；所述脱粒滚筒的脱粒滚筒轴两端通过轴承座装在准零刚度复梁中部。

进一步地，所述正刚度横梁受纵轴流脱粒滚筒动载作用处于平衡位置时的正刚度其中e1为正刚度横梁的弹性模量，i1为正刚度横梁的惯性矩，π为常数3.14，l为正刚度横梁的长度；负刚度屈梁轴端受预应力螺杆挤压产生预应力时的负刚度其中e2为负刚度屈梁的弹性模量，i2为负刚度屈梁惯性矩，π为常数3.14，l为负刚度屈梁的长度，k为负刚度屈梁自由状态的刚度；正刚度横梁和负刚度屈梁在平衡点处的刚度k⁺+k^-≈0即产生准零刚度复梁平衡点，在准零刚度复梁平衡状态处由正负刚度梁连接螺杆固定，所述正负刚度梁连接螺杆为u型螺杆。

进一步地，所述负刚度屈梁右端连接有负刚度屈梁应力横板，所述应力横板的右端面上设置有螺杆定位套，所述预应力螺杆延伸至螺杆定位套中、由其定位，所述负刚度屈梁应力横板左端面设有负刚度屈梁右连接耳，负刚度屈梁右端通过螺栓与负刚度屈梁右连接耳相连。

进一步地，所述复梁右连接件包括复梁右连接u形套、预应力螺帽，复梁右连接u形套由2个螺栓固定在右立柱上；所述复梁右连接u形套上部设置有用于装配正刚度横梁的圆形通孔，预应力螺帽固定在所述复梁右连接u形套右端面上，预应力螺杆穿过右立柱和预应力螺帽与负刚度屈梁应力横板相连；所述复梁左连接件包括复梁左连接u套和左连接u形套耳，复梁左连接u套由2个螺栓固定在左立柱上；复梁左连接件上部设有用于装配正刚度横梁的圆形通孔；负刚度屈梁左端为圆环状，通过螺栓固定在左连接u形套耳上；正刚度横梁两端分别装在复梁左连接件、复梁右连接u形套的圆形通孔内。

进一步地，所述负刚度屈梁中部上侧、正刚度横梁中部下侧分别固定有一个定位套圈504；所述负刚度屈梁中部与正刚度横梁中部通过定位套圈相连。

进一步地，所述准正刚度横梁和负刚度屈梁均为宽度40mm～60mm，厚2mm～4mm，长500mm～600mm的板簧；负刚度屈梁左侧弯出内径为12mm～16mm圆钩，负刚度屈梁右侧边缘以内25mm处开有内孔径为12mm～16mm的两个通孔。

本发明的有益效果：

(1)本发明针对纵轴流脱粒过程中受水稻茎秆缠绕约束产生的低频隔振设计了一种控制纵轴流脱粒滚筒低频振动的准零刚度复梁结构，由正刚度横梁、负刚度屈梁、定位套圈、正负刚度梁连接螺杆、正负刚度梁连接垫构成，在正刚度横梁受纵轴流脱粒滚筒动载作用处于平衡位置时正刚度与负刚度屈梁轴端预应力产生负刚度的总刚度近似为零时，即形成准零刚度复梁平衡点；在准零刚度复梁平衡点位置具有高静低动刚度特性；通过准零刚度复梁平衡点对纵轴流脱粒滚筒脱粒过程中产生的低频振动进行隔振控制，解决了滚筒脱粒过程中随着籽粒的分离及柔性稻秆的旋绕约束存在的偏心负载及不平衡振动产生的振动传递。

(2)本发明的预应力螺杆穿过预应力螺帽并与负刚度屈梁应力横板接触，预应力螺杆左端头由螺杆定位套限位，由预应力螺杆与预应力螺帽进行预紧对负刚度屈梁应力横板施加预应力，负刚度屈梁的轴端预应力施加结构简单，通过调节预应力螺杆可以方便控制负刚度屈梁的负刚度大小，负刚度屈梁结构调节和操作简单；也可以根据田间作物的产量和生长特性精准调节负刚度屈梁轴端预应力构建适用不同作物收获的准零刚度复梁结构。

(3)本发明的正刚度横梁和负刚度屈梁在平衡点处的正负总刚度为零时，即产生准零刚度复梁平衡点控制纵轴流滚筒脱粒过程振动，准零刚度复梁结构及外形尺寸与现有履带式联合收割机匹配，可以直接替换现有履带式联合收割机上纵轴流脱粒滚筒承载横梁，也可以将本发明直接应用在现有结构尺寸的履带式水稻联合收割机上，减少了研发成本，极大的提高了本发明的通用性和普适性。

(4)本发明的准零刚度复梁右侧与复梁右连接件相连、准零刚度复梁左侧与复梁左连接件相连，复梁右连接u形套套在右立柱上、所述复梁左连接u套套在左立柱上，再将准零刚度复梁中部通过脱粒滚筒轴承座与脱粒滚筒的脱粒滚筒轴相连，本发明采用在轴端施加预应力的方法构建可控负刚度屈梁，预应力屈梁不改变滚筒机架原有结构和工作参数，保证了动载激振下承载横梁强度和稳定性，解决了采用现有准零刚度结构承载纵轴流滚筒动载时难以保证滚筒脱粒过程中动载荷承载的强度和稳定性问题。

附图说明

图1准零刚度复梁结构与纵轴流脱粒滚筒的装配图。

图2准零刚度复梁结构与纵轴流脱粒滚筒装配结构原理图。

图3准零刚度复梁通过连接件与立柱装配的俯视图。

图4负刚度屈梁右侧应力构件装配示意图。

图5负刚度屈梁应力板受力构件装配示意图。

图6复梁左连接件俯视图。

图7复梁左连接件右视图。

图8复梁右连接件俯视图。

图9复梁右连接件左视图。

图10复梁右连接件右视图。

图11正刚度横梁主视图。

图12负刚度屈梁主视图。

图13负刚度屈梁俯视图。

图14正负刚度梁连接螺杆主视图。

图15定位套圈俯视图。

图16负刚度屈梁右连接耳主视图。

图17负刚度屈梁应力横板主视图。

图18螺杆定位套主视图。

图19左连接u形套耳主视图。

图20预应力螺杆主视图。

图21左立柱主视图。

图22右立柱主视图。

图23正刚度横梁与负刚度屈梁自由状态结构示意图。

图24准零刚度复梁控制纵轴流滚筒低频振动原理图。

附图标记说明如下：

1-底盘机架，2-左立柱，3-右立柱，4-凹板筛，5-准零刚度复梁，501-正刚度横梁，501a-正刚度横梁左侧，501b-正刚度横梁右侧，502-负刚度屈梁，502a-负刚度曲梁左侧，502b-负刚度曲梁右侧，503-正负刚度梁连接垫，504a-正刚度横梁套圈，504b-负刚度屈梁套圈，505-正负刚度梁连接螺杆，506-螺杆定位套，507-负刚度屈梁连接右螺杆，508-负刚度屈梁右连接耳，509-负刚度屈梁应力横板，5010-激振力，6-脱粒滚筒，601-脱粒滚筒体，602-脱粒滚筒轴承座，603-脱粒滚筒轴，7-滚筒顶盖，8-复梁右连接件，801-复梁右连接u形套，802-预应力螺帽，803-预应力螺杆，9-复梁左连接件，901-复梁左连接u套，902-左连接u形套耳，902a-左连接u形套耳a，902b-左连接u形套耳b。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和图2所述，本发明所述的控制纵轴流脱粒滚筒低频振动的准零刚度复梁结构，包括左立柱2、右立柱3、准零刚度复梁5、复梁右连接件8和复梁左连接件9。左立柱2、右立柱3固定在底盘机架上。所述准零刚度复梁5右侧通过复梁右连接件8连接在右立柱3上，准零刚度复梁5左侧通过复梁左连接件9连接在左立柱2上。所述脱粒滚筒6包括脱粒滚筒体601、脱粒滚筒轴承座602、脱粒滚筒轴603，脱粒滚筒体601上侧为滚筒顶盖7、下侧为凹板筛4；脱粒滚筒6的脱粒滚筒轴603通过脱粒滚筒轴承座602固定在所述准零刚度复梁5中部。

所述准零刚度复梁5包括正刚度横梁501、负刚度屈梁502和正负刚度梁连接垫503，所述正刚度横梁501位于负刚度屈梁502上侧，正负刚度梁连接垫503位于正刚度横梁501和负刚度屈梁502之间。所述正刚度横梁501与负刚度屈梁502的中部固定连接。

如图3、图4和图5所示，所述负刚度屈梁502上侧中部安装有负刚度屈梁套圈504b，负刚度屈梁502右端与负刚度屈梁应力横板509相连；所述负刚度屈梁应力横板509左侧面上下对称安装有两个负刚度屈梁右连接耳508，负刚度屈梁应力横板509右侧中心位置安装有螺杆定位套506；负刚度屈梁502右侧与负刚度屈梁右连接耳508通过负刚度屈梁连接右螺杆507固定。

如图6和图7所示，所述复梁左连接件9包括复梁左连接u套901和左连接u形套耳902，所述复梁左连接u套901左右两侧面上开有直径为12mm～16mm的2个通孔，两孔中心间距为100mm～120mm。所述复梁左连接u套901套在左立柱2上，复梁左连接u套901由2个直径为10mm～14mm的螺栓与左立柱2进行固定。复梁左连接件9上部设有用于装配正刚度横梁501的圆形通孔；正刚度横梁501的左端穿入复梁左连接件9上部的圆形通孔内。左连接u形套耳902位于所述复梁左连接件9右侧下部，分别为左连接u形套耳a902a和左连接u形套耳b902b，位于所述2通孔中间且对称安装。左连接u形套耳a902a和左连接u形套耳b902b间距为6mm～8mm。负刚度屈梁502左端为圆环状，并位于左连接u形套耳a902a和左连接u形套耳b902b中间，通过螺栓固定在左连接u形套耳902上。

如图8、图9、图10所示，所述复梁右连接件8包括复梁右连接u形套801、预应力螺帽802、预应力螺杆803；所述复梁右连接u形套801左侧面上开有直径为12mm～16mm的2个通孔，相邻两孔中心间距为40mm～60mm，2个通孔中间位置开有6mm×6mm的方形通孔；复梁右连接u形套801右侧面上开有直径为12mm～16mm的3个通孔，相邻两孔中心间距为40mm～60mm；复梁右连接u形套801右侧中间通孔内嵌有外径为12mm～16mm的预应力螺帽802。复梁右连接u形套801套在右立柱3上，复梁右连接u形套801由2个直径为10mm～14mm的螺栓与右立柱3进行固定；所述复梁右连接u形套801上部设置有用于装配正刚度横梁501的圆形通孔，正刚度横梁501右端穿入所述复梁右连接u形套801左上部的圆形通孔内。负刚度屈梁502右侧穿过复梁右连接u形套801左侧方孔，预应力螺杆803穿过预应力螺帽802、右立柱3与负刚度屈梁应力横板509接触，预应力螺杆803左端头由螺杆定位套506限位，由预应力螺杆803与预应力螺帽802进行预紧对负刚度屈梁应力横板509施加预应力。

如图11、图12、图13所示，所述准正刚度横梁501和负刚度屈梁502均为宽度40mm～60mm，厚2mm～4mm，长500mm～600mm的板簧；负刚度屈梁502左侧弯出内径为12mm～16mm圆钩，负刚度屈梁502右侧边缘以内25mm处开有内孔径为12mm～16mm的两个通孔。

所述正刚度横梁501下侧中部安装有正刚度横梁套圈504a，负刚度屈梁套圈504b与正刚度横梁套圈504a通过正负刚度梁连接螺杆505相连，实现负刚度屈梁502与正刚度横梁501中部的固定连接。所述正负刚度梁连接螺杆505为直径为10mm～12mm的u型螺杆，如图14所示，两端螺杆中心间距为50mm～60mm。所述正刚度横梁套圈504a和负刚度屈梁套圈504b的内孔径为12mm～16mm、厚度为2mm、长度为10mm～12mm的空心圆柱，如图15所示。

所述负刚度屈梁右连接耳508外形为40mm×60mm、厚为4mm～6mm的钢板，中间对称开有12mm～16mm的2个通孔，如图16所示。所述负刚度屈梁应力横板509外形为40mm×60mm、厚为4mm～6mm的钢板，如图17所示；所述螺杆定位套506内径为12mm～16mm、高度为8mm～10mm、厚为4mm～6mm的钢圈，如图18所示。

左连接u形套耳a902a和左连接u形套耳b902b厚度为4mm～6mm、宽度为度40mm～60mm、高度为50mm～60mm的矩形与半圆组合钢板，在u形套耳a902a和左连接u形套耳b902b一段开有内孔径为12mm～16mm的通孔，如图19所示。所述预应力螺杆803直径为10mm～14mm、长度为50mm～60mm的螺栓，如图20所示。

如图21和图22所示，所述左立柱2和右立柱3为壁厚2mm～3mm，截面形状为40mm×40mm的方钢；左立柱2左右两侧面上开有直径为12mm～16mm的2个通孔，两孔中心间距为100mm～120mm；右立柱3左右两侧面上开有直径为12mm～16mm的3个通孔，两孔中心间距为40mm～60mm；左立柱2上中间12mm～16mm的通孔内嵌有外径为12mm～16mm的预应力螺帽802。

如图23所示，所述正刚度横梁501受纵轴流脱粒滚筒6动载作用处于平衡位置时的正刚度其中e1为正刚度横梁501的弹性模量，i1为正刚度横梁501的惯性矩，π为常数3.14，l为正刚度横梁501的长度；，负刚度屈梁502轴端受预应力螺杆803挤压产生预应力时的负刚度其中e2为负刚度屈梁502的弹性模量，i2为负刚度屈梁502惯性矩，π为常数3.14，l为负刚度屈梁502的长度，k为负刚度屈梁502自由状态的刚度；正刚度横梁501和负刚度屈梁502在平衡点处的刚度k⁺+k^-≈0即产生准零刚度复梁5平衡点，在准零刚度复梁5平衡状态处由正负刚度梁连接螺杆505固定，在正刚度横梁501和负刚度屈梁502平衡状态的中间放置正负刚度梁连接垫503。

如图24所示，所述正刚度横梁501包括正刚度横梁左侧501a和正刚度横梁右侧501b，负刚度屈梁502包括负刚度曲梁左侧502a和负刚度曲梁右侧502b；正刚度横梁501与负刚度屈梁502在正负刚度梁连接垫503处形成准零刚度结构平衡点；在准零刚度复梁5平衡点处受到激振力5010时，若准零刚度复梁平衡点向上运动，则正刚度横梁左侧501a和正刚度横梁右侧501b受压吸收能量，负刚度曲梁左侧502a和负刚度曲梁右侧502b受拉释放能量，准零刚度复梁5平衡点合力正好与激振力5010平衡；若准零刚度复梁平衡点向下运动，则正刚度横梁左侧501a和正刚度横梁右侧501b受拉释放能量，负刚度曲梁左侧502a和负刚度曲梁右侧502b受压吸收能量，准零刚度复梁5平衡点合力正好与激振力5010平衡。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。