4UM-640型马铃薯挖掘机的研究与设计

论文摘要

本文通过对甘肃省地理环境和马铃薯机械化收获程度的实地调查,得出甘肃省马铃薯种植地块小、坡地多、川地少、机械化收获程度低的现状。各地马铃薯收获主要还是以人工挖掘为主,机收面积仅有50万亩左右,占甘肃省马铃薯播种面积的5%。虽然甘肃已大力加快耕作地的水平梯田化进程,但现有的马铃薯挖掘机对小地块及山坡地的作业还存着很多问题,严重制约了甘肃省马铃薯产业的发展。因此,在综合考虑甘肃特殊的地理环境、马铃薯种植模式以及现有小型马铃薯挖掘机存在的缺点,并在借鉴国外小型马铃薯挖掘机优点的基础上,研制出一种与手扶拖拉机配套的小型马铃薯挖掘机,根据理论分析,该机适合甘肃旱作农业区垄作马铃薯种植模式的收获。本论文主要在以下几个方面进行了较为深入的研究:(1)根据马铃薯挖掘机收获作业指标,制定了挖掘机整机结构方案;(2)通过对现有挖掘铲的种类、功能及性能的分析,设计了一种新型的尾部栅格式挖掘铲,该挖掘铲入土角度可调,调节范围为15～25°;(3)在综合考虑现有分离装置的种类、功能和优缺点的基础上,设计了一种与挖掘铲尾部直接挂接的栅条式分离装置;通过查阅相关资料,理论分析和计算确定了其关键参数:分离装置宽度为450mm,栅条个数为10;各栅条间间隙为40mm;栅条长度为240mm;栅条与挖掘铲面最大夹角为30°;从外向里依次等差递减,公差为10°;(4)结合拖拉机动力输出轴的转速及挖掘机的设计要求,确定了动力传动方案,并对其关键部件进行了详细的设计和理论计算;在小型马铃薯挖掘机对挖掘铲振动频率和振幅要求的基础上,该机偏心轮的偏心距取为6mm;(5)对挖掘机理、马铃薯碰撞损伤机理、挖掘铲的振幅和频率对伤薯率的影响进行了理论分析;(6)在PRO/E软件中建立了三维实体样机模型,并进行了性能仿真分析,得出该挖掘机挖掘铲X轴方向(机组水平作业方向)的分速度变化范围为﹣1100mm/s～1200mm/s,加速度变化范围为﹣100000mm/s~2～125000mm/s~2,位移为1～23mm,即X轴方向振幅为22mm,Y轴方向(水平面内垂直机组作业方向)分速度、加速度及位移变化分别为0;Z轴方向(机组水平作业垂直方向)分速度变化范围为:﹣105mm/s～120mm/s ,加速度变化范围为﹣11000mm/s~2～10000mm/s~2,位移为﹣564.92～﹣562.2mm,即Z轴方向振幅为2.2mm;(7)运用ANSYS软件对挖掘铲的静力学性能进行了分析;

论文目录

• 摘要
• Summary
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国外小型马铃薯挖掘机发展概况
• 1.3 国内小型马铃薯挖掘机发展概况
• 1.4 甘肃省小型马铃薯挖掘研究概况
• 1.5 选题的目的与意义
• 1.6 研究内容
• 1.6.1 小型马铃薯挖掘机的设计
• 1.6.2 挖掘铲及关键部件的设计
• 1.6.3 小型马铃薯挖掘机挖掘机理的研究
• 1.6.4 基于小型马铃薯挖掘机的仿真分析
• 1.7 研究技术路线
• 1.8 研究成果与创新点
• 第二章 马铃薯挖掘机的设计
• 2.1 马铃薯挖掘机的设计要求
• 2.1.1 马铃薯的种植模式
• 2.1.2 马铃薯挖掘机的作业指标
• 2.2 马铃薯挖掘机的组成、主要性能参数及工作原理
• 2.2.1 马铃薯挖掘机的组成及主要性能参数
• 2.2.2 马铃薯挖掘机的工作原理
• 2.3 马铃薯挖掘机关键部件的设计
• 2.3.1 挖掘铲的功能及常见形式
• 2.3.2 挖掘铲及其组件的设计
• 2.3.3 挖掘铲入土角度调节机构的设计
• 2.3.4 分离装置的功能及常见形式
• 2.3.5 分离装置的设计
• 2.3.6 偏心装置的的设计
• 2.4 机架及传动方案的设计
• 2.4.1 传动形式的选择及传动方案的设计
• 2.4.2 传动比的确定
• 2.4.3 传动轴的设计与计算
• 2.4.4 齿轮尺寸的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 挖掘铲的性能分析及挖掘机理的研究
• 3.1 马铃薯挖掘铲的结构及材质的选择
• 3.1.1 马铃薯挖掘铲的结构
• 3.1.2 马铃薯挖掘铲材质的选择
• 3.2 马铃薯挖掘铲的性能分析及其力学模型
• 3.2.1 马铃薯挖掘铲的性能分析
• 3.2.2 马铃薯挖掘铲的力学模型
• 3.3 马铃薯挖掘机主要问题机理分析
• 3.3.1 减阻和碎土机理分析
• 3.3.2 土壤壅堵机理分析
• 3.3.3 浮薯机理分析
• 3.3.4 伤薯机理分析
• 3.3.5 埋薯机理分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 马铃薯挖掘机的仿真分析
• 4.1 马铃薯挖掘机几何模型的建立及仿真过程
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 仿真过程
• 4.2 马铃薯挖掘机的仿真分析
• 4.2.1 仿真结果
• 4.2.2 仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 马铃薯挖掘铲 Ansys 静力学分析
• 5.1 马铃薯挖掘铲 Ansys 有限元静力学分析的目的
• 5.2 马铃薯挖掘铲有限元模型建立及前处理
• 5.2.1 网格划分
• 5.2.2 施加约束和载荷
• 5.3 有限元分析结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介