鏈式開溝機刀具優(yōu)化設(shè)計及其切削過程的數(shù)值模擬.pdf

1、我國果園的種植面積約1.5億畝，年產(chǎn)量約占全球總量的17％，開溝作業(yè)是果園種植的一項必備的環(huán)節(jié)。目前，我國果園開溝幾乎都用人工完成，勞動強度大，開溝質(zhì)量不穩(wěn)定?，F(xiàn)有各種形式的開溝機因果園特殊的工作環(huán)境均不適應果園的開溝作業(yè)。對開溝機而言，在滿足農(nóng)藝種植對溝型要求的前提下，如何合理匹配其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行參數(shù)的最佳組合，低功耗作業(yè)并充分發(fā)揮開溝機的性能，是開溝機設(shè)計研究的關(guān)鍵。
　　 本課題以自行研制的鏈式開溝機為研究對象，以鏈式開溝

2、機工作時消耗功率最低為目標，借助運動學分析、數(shù)值模擬技術(shù)及優(yōu)化設(shè)計方法，開展以下研究工作：
　　 1．系統(tǒng)開展了鏈式開溝機的運動學和動力學分析。根據(jù)運動學和動力學的基本原理，結(jié)合開溝機的矢量圖與受力分析圖，對開溝機的工作機理進行了研究，建立了開溝機總切削阻力以及總功率的數(shù)學計算模型，分析得出影響功耗的參數(shù)主要有開溝機水平移動的工作速度ve，開溝機鏈刀的絕對運動速度vα和鏈刀相對開溝機的運動速度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態(tài)模型，運用顯示動力學分析刀片切削過程，獲得了整個切削過程中單個刀片的應力、應變和阻力的實時動態(tài)變化情況，并通過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)計變量，選擇板內(nèi)最大的節(jié)點等效應力作為狀態(tài)變量，提取刀具的體積作為目標函數(shù)，應用ANSYS的Design Opt模塊

4、進行優(yōu)化設(shè)計，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．借助運動學分析和數(shù)值模擬研究，以功耗最低為目標函數(shù)，建立了鏈式開溝機主要結(jié)構(gòu)與運動參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型；并運用MATLAB工具中的約束非線性fmincon函數(shù)開展了開溝機功耗的優(yōu)化分析。得出了影響開溝機功耗的3個主要的獨立可變參數(shù)開溝機水平移動速度ve、鏈條運動速度vr和鏈條水平