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小型甘蔗收获机扶砍系统的结构设计分析及试验研究

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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 国内外甘蔗收获机的研究现状

1.3.1 国外甘蔗收获机研究现状

1.3.2 国内甘蔗收获机的研究现状

1.4甘蔗收获机械的发展趋势

1.5虚拟样机技术在甘蔗收获机开发中的应用

1.6本文研究的主要内容

1.7解决方案

第二章扶砍蔗系统部件的结构设计与建模

2.1扶蔗机构的结构确定

2.2砍蔗机构的结构确定

2.3扶砍蔗辅助装置的结构确定

2.3.1甘蔗支撑切割理论分析

2.3.2压蔗横杆结构设计

2.4切割器台架提升装置的结构确定

2.4.1两种台架提升方案的比较

2.4.2切割器台架提升装置的设计

2.5台架结构的确定

2.6本章小结

第三章扶砍蔗系统部件的运动学分析

3.1 Mechanism/Pro模块介绍

3.2扶蔗机构的运动仿真

3.2.1离散梁甘蔗模型的建立

3.2.2扶蔗过程仿真分析

3.2.3扶蔗力仿真分析

3.2.4扶蔗机构抬起过程的仿真分析

3.3切割器台架提升过程的仿真分析

3.4压蔗横杆不同安装位置的仿真分析

3.5本章小结

第四章甘蔗切割过程的ANSYS/LS_DYNA动力学仿真分析

4.1基于ANSYS/LS_DYNA甘蔗切割器模型的建立

4.1.1 ANSYS/LS_DYNA甘蔗模型的建立

4.1.2 ANSYS/LS_DYNA甘蔗切割器模型的建立

4.1.3甘蔗茎杆切割受力分析

4.2甘蔗切割过程的动力学仿真分析

4.2.1无压蔗倾角的甘蔗切割动力学仿真分析

4.2.2有压蔗倾角的甘蔗切割动力学仿真分析

4.3本章小结

第五章甘蔗切割试验研究

5.1试验目的及测评指标

5.1.1试验目的

5.1.2测评指标

5.2试验设计

5.2.1试验装置与测试原理

5.2.2试验方案

5.3切割力试验数据采集与处理方法

5.3.1 切割力试验数据的采集

5.3.2切割力信号的处理方法

5.3.3切割力信号的小波分析

5.4试验数据分析

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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摘要

甘蔗生产全程机械化技术是制约我国糖业发展的一个重要因素,研发甘蔗收获机械,实现甘蔗收获机械化对提高甘蔗收获生产率、降低蔗糖生产成本、增强我国糖业的国际竞争力具有极其重要的作用。
   本文作为国家自然科学基金资助项目“基于知识的甘蔗收获机械智能设计系统关键技术的研究”、广西区科技攻关项目“甘蔗收获机虚拟样机技术及动力技术的研究”及广西制造系统与先进制造技术重点实验室项目“多因素耦合的甘蔗收获机械砍蔗系统、传动物流系统动力学、仿真分析与试验研究”的基础部分,主要运用虚拟设计、虚拟仿真技术和物理试验相结合的方法,对小型甘蔗收获机中重要组成部分——扶砍蔗系统在结构和性能上存在的不足以及甘蔗切割试验展开分析和研究。主要研究工作如下:
   一、在课题组提出的一种新型的切割器和扶蔗器分离式提升方案的基础上,设计了一种新的切割器台架提升结构,可将切割器提升最大高度至350mm,满足了收获机通过蔗地最大垄高的要求。同时,对以往切割器支架结构进行了改进,设计切割器支架到地面的最大距离为700mm,实现刀盘0-10°的倾斜,保证甘蔗切割后的物流顺畅和切割质量。最后参考以往设计经验,对扶砍蔗系统的载体——台架整体进行了结构设计。
   二、将台架装置的PRO/E三维模型导入ADAMS中,对扶砍蔗系统的关键部件进行了运动及动力学仿真分析,仿真结果表明扶砍蔗系统能实现其基本功能,结构模型合理,且无干涉现象。
   三、根据甘蔗的物理特性在ANSYS/LS-DYNA里建立拟实性较好的柔性甘蔗模型,同时在ANSYS/LS-DYNA里建立切割器模型,运用虚拟仿真的方法对甘蔗切割过程进行动力学仿真分析,获得不同试验条件下的切割力。
   四、在对扶砍蔗辅助装置理论研究的基础上,在物理试验中设置压蔗横杆,对其不同位置、甘蔗的不同角度进行甘蔗表面切割质量和切割力的比较。分析影响甘蔗表面切割质量、切割力的因素。通过单因素试验研究表明安装压蔗横杆对甘蔗切割质量和切割力影响显著;正交试验方差分析结果显示压蔗横杆高度为1300mm,压蔗角度为15°时甘蔗表面切割质量较好;同时确定了压蔗横杆高度、压蔗角度、刀盘转速和进给速度四个因素对甘蔗表面切割质量和切割力影响的主次顺序,得到较优参数组合。

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