圆盘式苎麻切割器的设计及试验研究

论文摘要

苎麻的纤维是我国重要的纺织原料,但是近年来苎麻的种植面积由2005年的190万亩骤减到2010年的40万亩。苎麻收获期作业效率低,收割成本逐年增高,已成为苎麻生产发展的一大限制因素,而发展苎麻收获机械是解决这一问题的根本途径。切割器作为苎麻收获机械的关键部件,其切割质量和切割效率直接影响作业效果。论文采用试验测定和复合材料微观力学考察方法获得了苎麻底部茎秆的横观各向同性材料的模型参数,根据等滑切角切割理论设计了等滑切角式圆盘切割器,并运用有限元动态仿真研究了刀盘切割苎麻茎秆的切割机理,为苎麻茎秆切割试验提供了理论指导。通过设计苎麻切割试验台架,采用二次正交回归旋转试验设计方法,对影响苎麻切割器切割功耗的结构因素(滑切角、刀盘倾角)和运动因素(刀盘转速、喂入速度)进行了室内物理模拟试验研究；采用数理统计方法建立了各试验因素与切割功耗、破茬率和纤维残留率的回归数学模型,分析了各试验因素及其交互作用对切割功耗、破茬率和纤维残留率的影响。同时进行了综合优化,获得因素最优组合为：当取刀片滑切角为44.5°,刀盘倾角为0°,刀盘转速为1448r/min,喂入速度为0.33m/s时,切割功耗最低为419w,破茬率最低为2.8%,纤维残留率最低为8.9%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 研究背景
• 2 研究目的和意义
• 3 研究现状
• 3.1 作物茎秆材料模型的研究现状
• 3.2 圆盘式切割器研究进展
• 3.3 存在的问题
• 4 主要研究内容及技术路线
• 4.1 研究内容
• 4.2 技术路线
• 5 本章小结
• 第二章 苎麻茎秆力学模型的建立
• 1 苎麻茎秆力学模型假定
• 2 苎麻茎秆有限元模型建立理论
• 3 材料本构关系确定的技术路线
• 4 试验过程
• 4.1 茎秆组分结构的测定和研究
• 4.2 木质部与麻皮纤维层轴向拉伸试验性能研究
• 4.3 木质部与麻皮纤维压缩试验性能研究
• 4.4 苎麻各组分弯曲剪切弹性模量的测定与计算
• 4.5 苎麻茎秆横向剪切模量Gxy的测定
• 5 弹性参数的确定
• 5.1 试验测定及分析得到的弹性参数
• 5.2 理论计算弹性参数
• 5.3 苎麻茎秆、木质部、麻皮纤维层弹性参数
• 6 本章小结
• 第三章 圆盘切割器的设计与切割动态仿真分析
• 1 圆盘切割器运动学分析
• 1.1 切割器模型的建立
• 1.2 切割器不漏割条件
• 1.3 刀盘不与未完全切割茎秆碰撞的条件
• 1.4 苎麻茎秆多刀切割分析
• 1.5 重复切割分析
• 2 切割器结构参数研究
• 2.1 苎麻栽培农艺
• 2.2 切割器刀盘结构参数
• 3 切割器及苎麻底部茎秆有限元模型的建立
• 3.1 有限元模型建立介绍
• 3.2 有限元模型建立
• 4 基于ANSYS/LS-DYNA苎麻茎秆切割仿真试验研究
• 4.1 试验设计及数据处理方法
• 4.2 数据处理与分析
• 5 本章小结
• 第四章 切割试验台结构设计
• 1 切割台设计功能及功能解分析
• 1.1 试验台功能组成分析
• 1.2 试验台功能分解及功能树分析
• 2 各工作部件设计
• 2.1 切割部件设计
• 2.2 茎秆紧固件设计
• 2.3 行走部件设计
• 3 试验台整体结构与工作过程
• 4 本章小结
• 第五章 苎麻切割试验室内模拟试验
• 1 试验目的与评价指标
• 2 试验方法
• 3 试验设计
• 3.1 试验因素水平及编码表的确定
• 3.2 试验设备与材料
• 3.3 试验方案与步骤
• 4 回归分析
• 4.1 回归模型
• 4.2 回归模型诊断
• 4.3 通径分析
• 5 各因素对功耗的影响
• 5.1 单因素分析
• 5.2 双因素影响分析
• 6 各因素对切割质量的影响
• 6.1 单因素对切割质量的影响分析
• 6.2 双因素对切割质量的影响分析
• 7 试验结果的多目标优化
• 7.1 数学模型的建立
• 7.2 优化结果
• 8 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介