引言

烟草机械化生产是促进烟叶生产技术水平提升的重要手段，是降低劳动成本、减少亩均用工量的重要措施。烟草种植可分为两个阶段，工厂化育苗和大田管理。工厂化育苗阶段需要人工操作的环节有育种育苗、剪叶，大田管理阶段需要人工操作的环节有起垄、移栽、覆膜、中耕培土、植保、打顶、采收、拔秆等几个环节[1]。工厂化育苗阶段环节的操作几乎被机械替代，代表的机器有烟叶装盘播种机、多功能跨池剪叶机。大田管理阶段除了打顶抑芽、烟叶采收环节没有普及机械化外，其余环节市场上都有成熟的专用机械。

烟叶生产周期性强，大田管理环节多，烟草机械出现动力浪费、适应性差和闲置的问题。烟株大田生长高度变化大，从移栽后距离地面0.1米左右，到后期成熟后1.7米左右，导致很多烟草机械通过性差，不能适应烟叶不同时期的作业要求，造成烟草机械闲置。为了解决这个问题，研制一种多功能作业平台车，目的在于整合多种烟草机械作业功能。

1 设计思路

为更大程度克服烟草机械的周期性、适应性和降低功耗等问题，利用catia进行烟草多功能作业平台车的模块化设计[2]，如图1。即设计一种新型低功耗的高地隙多功能作业平台车，通过悬挂能够挂载移栽[3]、覆膜、中耕、培土、植保、拔秆等低功耗环节的烟草机械。车辆行走速度在1～10km/h之间，发动机为20马力汽油发动机，整车具有1km/h的低速，保证移栽、覆膜、培土等良好的作业效果。

2 烟草多功能作业平台车的结构原理

烟草多功能作业平台车的基本车身结构为高地隙作业平台车。车身最低处距离地面860mm，轮距为1000mm，能够满足烟草种植农艺要求。多功能作业平台车整合了六大功能[4]，分别为移栽、覆膜、中耕、培土、植保、拔秆等。其结构分为两部分，车身部分和后动力输出部分。车身部分包括车身机行走、转向、动力及液压传动、机架等[5]，后动力输出部分包括液压升降悬挂及升降装置、液压动力输出马达，如图2。

烟草多功能作业平台车的结构设计关键在于机架设计。机架的设计要考虑整车在烟叶生产过程中的烟田通过性，特别是植保环节，烟株正处于旺长期，烟株高度变化大。到中期植保，烟株生长高度会达到500～700mm。烟草多功能作业平台车要保证通过性，车身底部离地高度不能少于700mm。另外还要考虑整车的节能因素，要尽量降低机架的自身重量，降低车辆油耗，减少不必要的结构设计。机架设计如图3，上部主要为两个纵向的承重件和五个横向的承重件，外围主要安装其他结构如外壳、发动机、油箱、液压传动部分等的支撑架。下部为两个纵向承重件、附件安装支架和轮胎的安装机构。中间部分为上下承重件的连接件，也是保证烟草多功能作业平台车良好通过性的主要设计。

4 机架的有限元分析

4.1机架的3D建模

本文运用建模软件catia对烟草多功能作业平台车进行建模，并对主要结构机架进行了有限元分析。catia的建模功能比较强，其建模的主要优势是曲面建模，对机械设计应用帮助非常大。其仿真分析功能使用比较方便，在进行载荷应力分析时，可以根据需求在点、线、面上施加力和力矩，在几何体上定义重力；最后可以输出比较直观的“幅值”图；载荷可以依照需要来变化，并可以跟随物体的运动，来计算大的位移或转动。

为了做好有限元分析，在catia里需要对装配体进行一定运算。机架的3D建模如图3，catia有限元分析需要对零件几何体（partbody）进行网格划分，但是装配体是不能抓取的。本文运用布尔运算，将机架的所有零件添加到了partbody。