鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)刀具優(yōu)化設(shè)計(jì)及其切削過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、我國(guó)果園的種植面積約1.5億畝，年產(chǎn)量約占全球總量的17％，開(kāi)溝作業(yè)是果園種植的一項(xiàng)必備的環(huán)節(jié)。目前，我國(guó)果園開(kāi)溝幾乎都用人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，開(kāi)溝質(zhì)量不穩(wěn)定?，F(xiàn)有各種形式的開(kāi)溝機(jī)因果園特殊的工作環(huán)境均不適應(yīng)果園的開(kāi)溝作業(yè)。對(duì)開(kāi)溝機(jī)而言，在滿足農(nóng)藝種植對(duì)溝型要求的前提下，如何合理匹配其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的最佳組合，低功耗作業(yè)并充分發(fā)揮開(kāi)溝機(jī)的性能，是開(kāi)溝機(jī)設(shè)計(jì)研究的關(guān)鍵。
　　 本課題以自行研制的鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)為研究對(duì)象，以鏈?zhǔn)介_(kāi)溝

2、機(jī)工作時(shí)消耗功率最低為目標(biāo)，借助運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、數(shù)值模擬技術(shù)及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開(kāi)展以下研究工作：
　　 1．系統(tǒng)開(kāi)展了鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本原理，結(jié)合開(kāi)溝機(jī)的矢量圖與受力分析圖，對(duì)開(kāi)溝機(jī)的工作機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了開(kāi)溝機(jī)總切削阻力以及總功率的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，分析得出影響功耗的參數(shù)主要有開(kāi)溝機(jī)水平移動(dòng)的工作速度ve，開(kāi)溝機(jī)鏈刀的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度vα和鏈刀相對(duì)開(kāi)溝機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度vγ。
　　 2．利用ANS

3、YS/LS-DYNA軟件建立了杯形刀片和土壤相互作用的動(dòng)態(tài)模型，運(yùn)用顯示動(dòng)力學(xué)分析刀片切削過(guò)程，獲得了整個(gè)切削過(guò)程中單個(gè)刀片的應(yīng)力、應(yīng)變和阻力的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化情況，并通過(guò)模擬不同的切削速度分析了切削阻力和切削功率的變化規(guī)律。
　　 3．在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)之上根據(jù)刀片的結(jié)構(gòu)形式，選取圓弧半徑r、刀片高度H和厚度d作為設(shè)計(jì)變量，選擇板內(nèi)最大的節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)力作為狀態(tài)變量，提取刀具的體積作為目標(biāo)函數(shù)，應(yīng)用ANSYS的Design Opt模塊

4、進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在不影響性能的基礎(chǔ)上，分析得出圓弧半徑r、刀片高度H和厚度d的最佳組合為：r=75.116，H=127.826，d=6.5。
　　 4．借助運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和數(shù)值模擬研究，以功耗最低為目標(biāo)函數(shù)，建立了鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)主要結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型；并運(yùn)用MATLAB工具中的約束非線性fmincon函數(shù)開(kāi)展了開(kāi)溝機(jī)功耗的優(yōu)化分析。得出了影響開(kāi)溝機(jī)功耗的3個(gè)主要的獨(dú)立可變參數(shù)開(kāi)溝機(jī)水平移動(dòng)速度ve、鏈條運(yùn)動(dòng)速度vr和鏈條水平