水田土壤主要由各种颗粒、空隙和水分组成,没有外界刺激时,它们处于力学平衡状态,如果给它们连续的振动,将会打破土壤的平衡状态,土壤就会流动,即可分离出土壤中的颗粒。基于土壤液化原理的荸荠采收船可以一次完成荸荠的挖掘、清洗和装箱工作,克服我国人工收获荸荠的收获效率低、劳动强度大的缺点,大大提高了荸荠的收获效率。荸荠采收船的核心部件是挖掘器,它主要有挖掘齿、振松齿、筒体、中心轴和偏心块等关键零件组成。挖掘器通过自身的振动破坏土壤的力学平衡,使土壤流动,进而分离出土壤中的荸荠,以达到收获荸荠的目的。为了缩短土壤液化时间,提高荸荠的采收效率,挖掘器的工作频率必须在土壤的液化频率范围内,即80~150Hz,才能加快土壤液化,缩短土壤液化时间。所以,挖掘器在工作时的振动特性直接影响土壤液化程度,影响荸荠的采收工作。挖掘器的振动同样也会对采收船船体带来很大的冲击,使船体剧烈振动,所以必须要对采收船进行减振,以使采收船能进行正常的荸荠采收工作。本文用Solid Works建立了挖掘器各个零件模型,通过装配得到了挖掘器的实体模型,然后导入ANSYS Workbench中进行有限元分析:首先,对挖掘器进行受力分析,通过ANSYS Workbench对挖掘器进行了静力学分析,结果表明:挖掘器的关键零件的静强度都满足要求。其次,在挖掘器静力学分析的基础上,用ANSYS Workbench对挖掘器进行了有预应力的模态分析,得到了挖掘器的前六阶固有频率和振型;运用模态叠加法,对挖掘器进行了谐响应分析,根据分析结果在土壤液化的频率范围内,重新确定了挖掘器新的工作频率为90.7Hz,并对偏心块进行了重新设计。再次,对挖掘器的减振进行了研究,根据挖掘器新的工作频率和减振理论,选择了橡胶材料的硬度为76,并用ANSYS Workbench对减振器进行了静力学分析,结果表明:橡胶减振器关键零件的刚度和强度都满足要求。最后,本文建立了挖掘器的质量失调和刚度失调有限元模型,分别分析了挖掘器因质量失调和刚度失调引起的模态局部化现象,结果表明:微小的失谐量对挖掘器的固有振型影响很大,不仅使挖掘器和振松齿的最大振幅变大,而且挖掘齿和振松齿的振动齿数减少,振动集中在少数齿上。为了改变挖掘器的振动特性,又建立了挖掘器的错频失调模型。分析了挖掘器因错频失调引起的振动特性的改变,结果表明:错频设计不仅没有使挖掘器出现预期的振动特性,而且引起了挖掘器的模态局部化。