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微型果园开沟机的设计分析与优化

2020-12-08阅读(902)

微型果园开沟机的设计分析与优化

论文摘要

果树施肥是果树保质增产的一项必须的园艺作业工序,目前我国多数果园仍采用人工作业,强度大、效率低,而且随着劳动力成本的不断提高和农村青壮年劳力的短缺,果树施肥的机械化需求越来越迫切。但由于果园果树行距小、冠下高度低,而我国现有的开沟机多是与大中型拖拉机配套的机型,体积大,无法与微型果园机械配套,所以研制一台与微型果园机械配套的开沟机有重要的现实意义。针对果园开沟施肥的园艺要求设计了一种果园施肥所急需的微型链式开沟机,论文的主要研究工作如下:1)根据果园开沟施肥的园艺要求确定了该开沟机的设计参数;对开沟机进行运动学分析,确定了其前进速度、开沟倾角等参数;根据经验公式确定了刀片切削土壤过程中受到的阻力,得出了开沟机消耗的总功率。2)完成了开沟机关键部件的结构设计,并绘制了其主要零部件的三维Pro/e图,进而完成其三维装配图。3)建立了Pro/e和Ansys的无缝接口,借助有限元法的基本思想,利用Ansys软件对该开沟机工作臂进行了静力学分析和模态分析。通过对工作臂的静力学分析得出:应力最大值位于焊缝处,最大值为70.676Mpa,小于许用应力;最大的节点位移(挠度)位于工作臂顶端,值为0.326mm,小于许可挠度;故设计的工作臂在刚度上满足要求。对工作臂进行模态分析并扩展其前4阶模态得出:应将开沟机的工作频率设计在小于130.76HZ,或在141.36HZ～770.51HZ之间,以避免共振。4)利用Ansys软件对该开沟机刀片进行了静力学分析得出:整个刃口处、刀片螺栓固定处的圆孔以及刀片的小端是应力集中的地方,最大的应力位于刃口刀尖处,值为8.448Mpa,小于许用应力;刀片可以承受5倍于正常载荷的冲击载荷。5)分析了切削厚度δ与开沟机倾角as、机组前进速度vy及链刀速度vc的关系得出:as为45°时δ取得极值;增大vc或减小vy可使δ减小。开沟机的切削功率随着δ的增加而增大,根据不同的切削厚度可以选择通过提高vc,或降低vy或减小as,有效地降低切土功率的消耗。6)建立了该开沟机功耗的数学模型,对其功耗进行了优化,使功率消耗降低了30%,当机组前进速度vy=100m/h,链刀速度vc=1.35m/s,开沟机倾角as=45°时开沟机的功率消耗最小。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 本课题的研究意义
  • 1.2 开沟机的发展及国内外研究现状
  • 1.2.1 铧式犁开沟机
  • 1.2.2 旋转开沟机
  • 1.2.3 链式开沟机
  • 1.3 课题研究内容及技术路线
  • 1.3.1 课题研究内容
  • 1.3.2 技术路线
  • 第二章 链式开沟机总体设计
  • 2.1 链式开沟机工作参数的确定
  • 2.1.1 开沟机设计参数
  • 2.1.2 开沟机工作原理
  • 2.1.3 开沟机运动学分析
  • 2.2 刀片切削土壤的阻力的确定
  • 2.3 开沟机消耗功率的确定
  • 2.3.1 工作部件链条传动所消耗的功率
  • 2.3.2 机器前进所需的功率
  • 2.3.3 辅助机械的传动所消耗的功率
  • 2.4 链式开沟机总体参数的确定
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 开沟机关键部件的设计及三维造型
  • 3.1 开沟机附加减速器的设计方案
  • 3.2 工作链的校核设计
  • 3.2.1 工作链型号的选择
  • 3.2.2 工作链的校核及链节数的确定
  • 3.2.3 工作链上刀具的选择及排列方式
  • 3.3 螺旋排土器的设计
  • 3.4 开沟机液压缸的选择
  • 3.5 从动链轮结构设计
  • 3.6 开沟机组装图
  • 3.7 本章小结
  • 第四章 开沟机工作臂及刀片的有限元分析
  • 4.1 有限元法简介及基本思想
  • 4.2 Ansys 与Pro/E 模型数据转换
  • 4.2.1 Ansys 和 Pro/E 的优缺点分析
  • 4.2.2 Pro/E 和 Ansys 的接口配置
  • 4.3 工作臂静力学分析
  • 4.3.1 工作臂几何模型的建立
  • 4.3.2 定义单元类型
  • 4.3.3 定义材料性能
  • 4.3.4 划分网格
  • 4.3.5 施加载荷
  • 4.3.6 结果分析
  • 4.4 工作臂模态分析
  • 4.5 刀片静力学分析
  • 4.5.1 刀片力学分析必要性
  • 4.5.2 Ansys 分析前处理阶段
  • 4.5.3 刀片受力的结果分析
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 开沟机功耗的Matlab 优化及分析
  • 5.1 开沟机功耗数学模型的建立
  • 5.1.1 目标函数的建立
  • 5.1.2 约束函数的建立
  • 5.1.3 开沟机功耗的数学模型
  • 5.2 利用 Matlab 对开沟机功耗进行优化
  • 5.2.1 Matlab 优化函数简介
  • 5.2.2 优化程序设计
  • 5.3 开沟机切削厚度与切削功率的分析
  • 5.3.1 切削厚度分析
  • 5.3.2 开沟机切削厚度与切削功率的关系
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 附录 1 目标函数m 文件objfun.m
  • 附录 2 约束条件的m 文件confun.m
  • 附录3
  • 致谢
  • 作者简介

    • 相关论文文献

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