玉米根茬起铺机关键部件试验研究

论文摘要

本文采用理论分析、试验研究与计算机仿真分析的方法,对玉米根茬机械化收获减阻挖掘理论、低功耗挖掘技术进行了较深入的研究。以低功耗、确保根茬完整性为目标,设计了楔形挖掘铲和捡拾轮组件。对关键部件挖掘铲进行了有限元分析,对单铲挖掘阻力进行了室内土槽测定,得到了0.30.9m/s水平前进速度下挖掘阻力功耗及挖掘阻力频谱,分析了影响挖掘功耗的主次因素,确定了低功耗挖掘最佳参数组合。在试验基础上对整机关键部件捡拾轮的运动特性及整机功能进行了计算机仿真研究,实现了以楔形铲、弯弧捡拾轮齿为关键部件的玉米根茬收获虚拟样机运动仿真。并制做了玉米根茬收获机物理样机,完成了田间试验验证。通过对玉米根茬的生长特性、空间分布规律及减租理论的研究,给出了玉米根茬的结构参数,确定了挖掘铲的主要结构参数。建立了铲的有限元模型,借助ANSYS软件,对铲与土壤作用进行了静力学和动力学模态分析。分析得出铲面垂直载荷最大应力集中在铲面连接螺栓处,和挖掘铲固有频率从一阶模态67.414Hz至六阶模态频率为700.53Hz升高的变化规律,不会引起共振,损害挖掘铲。分析了关键部件捡拾轮齿尖相对运动轨迹,研究了根茬捡拾特性,抛茬性能及条件。计算出捡拾轮齿弯弧角度为1 05°和最低捡拾位置角40°。采用自制的传感器,运用六分力阻力测定方法,对挖掘铲进行了室内土槽单铲挖掘阻力及功耗多因子多水平测定,用vib′sys软件得到了阻力频谱及阻力功耗值。用expert-design正交试验软件对试验结果进行了多因子交互作用及各单因素对挖掘功耗的影响分析,确定了低功耗挖掘影响因素主次顺序及最优组合为0.45m/s的前进速度,5 2.7°的铲安装角和27 .5°铲面倾角。得出了各因素及其交互作用对功耗影响方程。土槽功耗试验进一步验证了挖掘铲设计的合理性。设计了玉米根茬收获虚拟样机,采用Pro/E软件对虚拟样机工作机构进行了运动过程仿真分析,并借助3DS MAX软件对作物根茬收获虚拟样机的收获工艺过程进行了仿真研究,为物理样机的试制提供了参考和依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 应用现状及前景
• 1.3 研究主要内容及技术路线
• 1.3.1 研究主要内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.3.3 主要研究方法
• 2 玉米根茬起铺机减阻挖掘理论与关键部件结构参数研究
• 2.1 减阻挖掘理论研究
• 2.1.1 玉米根茬植物学特性及力学分析
• 2.1.2 阻力产生机理
• 2.1.3 减阻机理研究
• 2.2.玉米根茬起铺机整机结构及功能实现方案
• 2.2.1 整机结构方案
• 2.2.2 整机工作原理
• 2.3 玉米根茬起铺机关键部件理论参数研究
• 2.3.1 挖掘铲设计难点与设计方案
• 2.3.2 铲刀刀头受力分析
• 2.3.3 土壤物理参数确定
• 2.3.4 铲刀关键参数的确定
• 2.3.5 挖掘铲有限元静力学分析
• 2.3.6.挖掘铲有限元模态分析
• 2.3.7.捡拾轮齿参数设计理论研究
• 2.4 本章小结
• 3 玉米根茬起铺机挖掘铲阻力功耗土槽试验研究
• 3.1 室内土槽试验目的
• 3.2 试验方法简介
• 3.3 试验因素及目标函数的选取
• 3.3.1 目标函数的选取
• 3.3.2 试验因素选取
• 3.3.3 参数水平的选取
• 3.4 试验方案
• 3.5 试验设备与测量电路
• 3.6 土壤条件准备
• 3.7 测试方法设计
• 3.8 挖掘铲静态标定
• 3.9 调试
• 3.9.1 信号初步调试
• 3.9.2 测量仪器实际安装与再调试
• 3.10 试验实施
• 3.10.1 试验次数的确定
• 3.10.2 试验因素变化范围
• 3.10.3 试验因素水平的确定
• 3.10.4 试验计划及方案
• 3.11 数据处理及结果分析
• 3.11.1 阻力载荷谱的编制
• 3.11.2 各因素交互作用对阻力功耗影响结果分析
• 3.11.3 各因素的单因子对阻力功耗影响结果分析
• 3.12 本章小结
• 4 基于Pro/E 基础的玉米根茬起铺机仿真研究
• 4.1 虚拟样机技术、Pro/E 和3DMax 动态仿真技术软件简介
• 4.2 仿真研究
• 4.2.1 工作原理与功能设定
• 4.2.2 功能组件划分
• 4.2.3 实体造型与装配
• 4.3 起铺机虚拟现实工艺过程实现
• 4.4 本章小结
• 5 玉米根茬起铺机田间试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验准备
• 5.3.试验数据测定
• 5.4 试验方案及试验结果
• 5.5 试验结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果
• 附录2 仿真及视频文件