某公司研發了一款新型棉花打頂機，并對其進行了現場測試。該型棉花打頂機結構簡單，切割刀具輕松。其動力由拖拉機直接輸出，由于機架較大且為半懸掛式，其受力較復雜。因此，為了解機架的應力狀態，對作業中的機架和工作部件進行了動應力測試。

機架、工作部件的動應力測試

試驗目的

本次試驗主要為了檢測打頂機機架及工作部件在各種工況下的動應力情況，為機架的改進設計提供必要依據。

試驗儀器

儀器采用聚航科技生產的JHDY動態應變儀，配備相關應用軟件，筆記本一臺，應變花。

試驗方案

在試驗過程中，拖拉機以2種速度進行：快二和慢二檔。

首先，對機架模型進行有限元分析計算，靜力學分析可以生成零件和裝配體的應力云圖和位移云圖，由此可找出機架上需要進行動應力測試的幾個較危險部位。分析得出，上、下懸掛點附近及后梁中點受力*大，為較危險部位。

根據數值分析計算結果，選取機架上懸掛點、下懸掛點、后梁中點為測點進行測試。

應力測試結果及分析

數據整理

在對不同檔位下工作的打頂機機架及工作部件上的不同測點進行應力測試，獲得4組試驗數據，每一組數據均有超過50000條記錄。在此，僅以機組速度為快二檔時上懸掛點及工作部件處的測試數據為例加以說明。

正常工作時，工作部件測點應力值在-21.6~29.8MPa之間，其平均壓應力為5.66MPa，平均拉應力為3.92MPa，而上懸掛測點的應力值在-66.2~21.6MPa之間。用統計方法得出兩測點應力值的分布曲線如圖1、2所示。

由曲線圖可看出：工作部件測點的應力曲線呈近似正態分布，95.26%的應力值集中在-16.2~11.6MPa之間，其中*高頻次的應力值大約在3MPa處；上懸掛點處97.60%的應力值集中在-45.8~5.8MPa之間，其中*高頻次應力值出現在大約-9.8MPa處。但是，當打頂機經過田間溝坎的時候，工作部件就像一個懸臂梁結構，其*大應力值可達73.6MPa。

測試結果分析

用相同的方法可求得下懸掛點與后梁中點兩測點在工作下的應力狀態。可以看出：上懸掛測點主要承受的載荷是壓力，而下懸掛點和后梁中測點主要承受拉力。

工作部件的應力95.26%的值集中在-16.2~11.6MPa之間，上懸掛點處97.60%的應力值集中在-45.8~5.8MPa之間，應力*對值較低；若材料的許用應力[σ]取為160MPa，而機架及工作部件工作中的*大應力σ_max為128MPa，小于[σ]，故系統較為安全。

疲勞壽命分析

由于主軸在工作過程中的實際受力σ_mx=13.8MPa和τ_max=9MPa都遠遠小于疲勞極限σ_-1=140.4MPa和τ_-1=104MPa，所以該工作部件可以承受多次循環而*不破壞。

結論

打頂機機架及工作部件在各種工況下的動應力測試結果表明系統安全，而疲勞校核的結果為疲勞安全系數等于5，已經有足夠的強度完成多次的使用。綜上所述，為了節約材料，使得打頂機輕巧，可以進一步對車架及主軸進行改進設計。