鏈式開溝機設計研究及其CAA.pdf

1、開溝機在國外已廣泛應用，我國除極少數引進國外的連續(xù)式開溝機外，國產開溝機投入使用的較少。近年來，我國開溝施工工程的規(guī)模越來越大，如基礎建設施工開溝、光纜、電纜、管道鋪設等方面都面臨著巨大的開溝工作量。特別是在農業(yè)工程領域，果樹施肥、農田開溝、蔬菜園開溝，都是用工量很大的作業(yè)，我國幾乎都用人工完成。果園、農田、蔬菜園等作業(yè)對象體現出地表不平整、有雜草、樹枝及石塊、地下有樹根等特點，開溝條件比較惡劣，一般開溝機難以適應。因此研制適合我國土壤

2、情況的開溝機，對提高開溝的效率、減少人力和物力資源的浪費、提高勞動生產率有重要意義。 開溝機的開溝裝置是其關鍵部件，而刀片是影響開溝質量、功耗和振動等的重要因素，因此有必要對開溝裝置及刀片結構進行深入的研究分析。本文以開溝裝置為研究對象，以功耗低、適應性強和可操作性好為目標，研究了一種適用于果園、農田、蔬菜園等環(huán)境、滿足農藝要求的鏈式開溝機。論文主要工作包括： 1.系統(tǒng)分析了國內外開溝機的發(fā)展現狀、CAA在農業(yè)機械等領域

3、的應用和鏈式開溝機的研究現狀基礎上，確定了開溝機為回轉鏈式開溝機。根據工作環(huán)境、農藝要求以及動力學分析結果，確定了溝寬、溝深、整機前進速度、鏈速、生產率、切土阻力、切削功耗、總功耗、比功、切削厚度等基本參數和整機的總體方案。 2.開展了鏈式開溝機結構設計和試制。該機由掛接機構、傳動機構和開溝裝置等主要部件組成，同時，開展了鏈式開溝機的功能性試驗。 3.系統(tǒng)開展了鏈式開溝機的運動學與動力學分析，得出了刀片的運動軌跡，分析確

4、定了影響開溝機刀片的切削阻力和切土功耗的要素，包括該機前進速度、鏈速、開溝裝置與水平面之間的夾角、刀片結構形式等因素。構建了含運動參數和刀片結構參數的開溝裝置切土功率的數學優(yōu)化模型；同時，使用MATLAB軟件的fmincon函數對其進行求解，得到最優(yōu)的設計參數：鏈條線速度vl=1.7m/s，刀片厚度t=0.005m，刀片后角γ2=8°，此時功率p取得最小值，為1.26kw。 4.應用光滑質點流體動力學(SPH)以及有限單元理論開

5、展了鏈式開溝機刀片切削過程的虛擬仿真和試驗研究，結合PRO/E、ANSYS等相關軟件，建立了刀片與土壤SPH粒子相互作用的虛擬仿真模型。研究了土壤粒子在刀片作用下飛行、拋撒的運動狀態(tài)，探討了刀片切削土壤的動態(tài)過程，得出了切削過程中刀片與土壤的等效應力與應變規(guī)律。通過虛擬正交試驗建立了刀片厚度、后角以及絕對速度(鏈條線速度)等要素的回歸方程，得出刀片厚度、后角和絕對速度都對切土功率有顯著影響、刀片絕對速度是影響功耗的主要因素的結論。研究結