轮式小型甘蔗收割机台架部件的结构设计分析及试验研究

论文摘要

甘蔗收获机械技术一直是制约我国甘蔗生产全程机械化的一个瓶颈。小型甘蔗收割机的研制对于改善我国甘蔗收割的落后局面、增强糖业的综合竞争力、提高蔗农的收入水平等都具有极其重要的作用。台架部件主要包括小型甘蔗收割机的前置支架、扶蔗器、切割器等重要的收割工具,该部件还可安装甘蔗输送等辅助装置,其结构设计的优劣,直接关系到收割效率和来年甘蔗的生长质量,因此,一直是甘蔗收割机的设计重点。本课题以国家自然科学基金项目、广西科技厅攻关项目和广西制造系统与先进站制造技术重点实验室项目为依托,具体工作如下:一、针对以往将切割器固定在扶蔗支架上同时斜推提升的台架设计方案中的不足,提出了新型的切割器和扶蔗器的分离式抬升方案,可将切割器垂直提升330mm,满足最大垄高的通过性要求;同时降低整个台架的重量,使结构更加紧凑;扶蔗器安装时向外偏转,与水平方向成7°夹角,对收割时的甘蔗具有收拢作用;同时设计在台架上安装一到两个支撑杆,可提高切割质量。最后结合经验分析和理论计算,对台架装置整体进行了结构设计。二、利用有限元分析方法,结合轴承的预紧理论,对切割器旋转主轴的支撑部件—轴承进行优化研究,并设计刀轴刚性的测试试验作对比分析,结果表明当一对轴承作支撑时,轴承间距设置为200mm为佳。在验证虚拟分析的方法行之有效后,将主轴改为三轴承作弹性支撑的结构,并得出此结构更有利于刚性的提高的结论。三、将砍蔗刀盘在高速旋转情况下的离心力作为预应力,对刀盘的结构进行了有预应力的模态分析,避开了刀盘的激振频率,提高了切割器的动刚度。四、在对支撑杆的理论研究的基础上,在试验中设置支撑杆,并对不同的安装位置对比甘蔗的切割效果。单因素方差分析表明安装支撑杆对甘蔗的切割效果影响显著,正交试验分析结果则表明将支撑杆与甘蔗根部距离设置为650mm时,甘蔗表面的综合评分值较小,即切割质量较好。同时利用正交试验方差分析的方法确定了进给速度、刀盘转速、轴承间距和支撑杆的距离四个因素对切割器刚性和甘蔗切割质量的影响主次顺序,得到比较好的工作参数组合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及主要任务
• 1.2 课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外甘蔗收获机械的研究现状及水平
• 1.3.1 国外甘蔗收获机械的研究现状及水平
• 1.3.2 国内收获机械的研究现状及水平
• 1.4 农业机械采用虚拟样机技术的必要性
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.6 解决方案
• 第二章 台架部件模型的建立
• 2.1 Pro/Engineer软件功能简介
• 2.2 扶蔗装置的结构和功能分析
• 2.2.1 螺旋扶蔗器的功能分析
• 2.2.2 扶蔗装置方案的确定
• 2.2.2.1 扶蔗器主要参数的确定
• 2.2.2.2 扶蔗器模型的建立
• 2.3 砍蔗装置的结构和功能分析
• 2.3.1 砍蔗装置的功能分析
• 2.3.2 砍蔗装置方案的确定
• 2.3.2.1 切割器刀轴的设计
• 2.3.2.2 切割器刀盘的设计
• 2.3.2.3 切割器刀片的设计
• 2.4 台架部件的结构和功能分析
• 2.4.1 台架部件的功能分析
• 2.4.2 切割支撑杆的理论分析
• 2.4.3 台架部件结构的确定
• 2.5 本章小结
• 第三章 台架部件的运动学仿真分析
• 3.1 仿真软件介绍及接口分析
• 3.1.1 ADAMS软件功能简介
• 3.1.2 Pro/E与ADAMS接口综述
• 3.2 台架部件的仿真分析
• 3.2.1 扶蔗过程仿真
• 3.2.1.1 离散梁连接的甘蔗模型建立
• 3.2.1.2 扶蔗运动仿真
• 3.2.2 台架部件抬升过程仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 砍蔗部件的动力学仿真分析
• 4.1 切割器整体的动力学分析
• 4.1.1 轴承刚度分析
• 4.1.1.1 轴承刚度简介
• 4.1.1.2 轴承刚度的理论分析
• 4.1.1.3 轴承刚度理论计算
• 4.1.2 有限元法及ANSYS软件功能概述
• 4.1.3 Pro/E与ANSYS接口综述
• 4.1.4 砍蔗刀轴的动力学仿真分析
• 4.1.4.1 建立模型
• 4.1.4.2 单元类型设置
• 4.1.4.3 施加动力分析载荷并求解
• 4.1.4.4 查看结果
• 4.2 砍蔗刀轴模型的改进
• 4.3 砍蔗刀盘的动态特性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 砍蔗装置的试验分析
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验方法及测评指标
• 5.2.1 试验方法
• 5.2.2 测评指标
• 5.3 试验设计
• 5.3.1 试验装置及设备
• 5.3.2 试验方案及具体过程
• 5.3.2.1 涡流传感器的静态标定
• 5.3.2.2 单因素试验方案设计
• 5.3.2.3 正交试验设计
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 多指标试验数据处理
• 5.4.2 单因素方差分析方法
• 5.4.3 单因素试验数据及结果分析
• 5.4.3.1 改变轴承间距对砍蔗效果及刚性的影响
• 5.4.3.2 增加支撑对砍蔗效果的影响
• 5.4.4 正交试验结果分析
• 5.4.5 试验条件下甘蔗表面切割质量分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 问题和展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文