油茶林抚育机履带底盘设计与试验研究

为了解决果园中作业机具通过性差的问题,设计一款小型抚育机履带底盘,以提高抚育机具在油茶林中的机动性和通过性。结合农用拖拉机稳定性设计的主要参数指标,基于RecurDyn动力学仿真软件建立抚育机履带底盘的多体动力学模型,开展底盘跨沟行驶过程的动力学仿真;结合设计参数及仿真试验结果,研制1台抚育机样机,并进行样机实地性能正交试验。结果表明,履带底盘的仿真试验结果与样机实地试验结果基本吻合,验证了履带底盘动力学模型的正确性;在样机实地性能试验中,抚育机林地直线行驶最高速度为1.5 m/s,当抚育机底盘质心位置横坐标为500mm,行驶速度0.9m/s以上时,过沟稳定性较优。

履带式双轴除草机的研制与试验

为解决各种山地果园中除草难度大、除草效率低、难以实现机械化等问题,研制高效的新型除草机具有重大意义。为能够更好地适应南方果园的复杂地形,提高除草率,设计的除草机采用履带式行走机构和新型双轴式除草作业头机构;利用Inventor三维软件对除草机整机进行设计建模,并验证整机结构的合理性;对除草机关键零部件除草作业头进行设计,并通过力学分析验证了除草刀的适用性,确定除草作业头的关键性能参数。通过现场试验分析了除草甩刀的转速、甩刀质量以及底盘行走速度对除草机除草效率的影响,通过分析试验数据得出:当行走速度为0.5 m/s、转速为1 600 r/min、甩刀质量为0.347 kg时,除草效率以及防缠绕效果最好,除草率超过80%。该研究结果对后续除草机械的研制设计提供了参考。

直驱式数控转台主轴的静态特性分析

直驱式数控转台主轴对提升加工效率和精度、提高产品质量有着重要意义。对自主开发的MST210直驱式数控转台的原理和结构进行分析,建立直驱式数控转台的高速铣削模型。基于机械设计、材料力学、理论力学的分析方法及理论,根据主轴上的3个零件材料和受力形式的不同,采用对应的强度理论对其强度和刚度进行计算与校核,并用有限元分析来进行验算与比对。在主轴理论分析与仿真结果对比中,应力吻合度达92%,变形吻合度达85.7%,故转台主轴满足强度、刚度要求。

基于ANSYS的除草机车架轻量化研究

为降低除草机车架质量和整机油耗,提高作业性能,采用三维建模软件Autodesk Inventor对其进行参数化建模,并导入ANSYS Workbench中。依据不同的工况对其进行有限元静力学分析,并设计了车架应力试验,用试验结果检验仿真结果的正确性。基于静力学有限元分析结果,采用拓扑优化与尺寸优化的两级优化方案对车架进行轻量化设计,并提出了车架结构的改进方案。研究结果显示:两种工况均满足强度与刚度要求;仿真结果与试验结果基本吻合,验证了有限元模型的合理性;通过对车架的轻量化设计,使车架总质量降低了33.89%,实现了轻量化目标;根据轻量化结果对车架进行结构改进,改进后的车架应力分布得到改善,车架最大应力有所降低。

油茶抚育机爬坡性能试验

为了提高油茶林地的耕整管护水平,专门设计研制了一款适合南方丘陵地区使用的油茶抚育机。首先,介绍了油茶抚育机整体结构和相关参数;构建油茶抚育机爬坡运动学方程,并对爬坡过程的稳定性进行分析;基于RecurDyn动力学仿真软件搭建油茶抚育机的多体运动学模型,同时基于贝氏理论建立爬坡仿真的坡面,坡面坡度设定为30°;开展油茶林地软地面工况下的爬坡运动学仿真。结合设计参数及仿真试验结果研制一台油茶抚育机样机,选择油茶抚育机重心高度和行驶速度为试验因素,进行油茶抚育机样机实地爬坡性能正交试验。结果表明:重心高度对油茶抚育机爬坡过程稳定性影响大,行驶速度的影响小。从实地试验数据可知,当油茶抚育机重心位置为420 mm,爬坡速度为1.5 m/s时,油茶抚育机爬坡过程最稳定,其俯仰角的平均值为18.7°。与同一条件下的仿真试验的结果相比,实地试验与仿真试验的吻合程度为93.1%,两者基本吻合,验证了油茶抚育机动力学模型的可行性。试验证明,所设计的油茶抚育机满足爬坡性能要求。

基于SPH法的林地深松刀具仿真及试验

针对现有深松机存在的深松阻力大及优化减阻效果不明显等问题,利用旋转切削原理,设计了一种立式深松刀具。分析确定了刀具深松作业3个工作参数,计算了满足土粒向上升运的刀具最低角速度;基于SPH法,建立刀具切削土壤模型,采用Ls-dyna软件对深松过程进行仿真分析,基于3因素3水平正交试验表模拟出不同情况下的切削阻力,得出切削角对切削阻力的影响最显著及一组最优组合。试验验证仿真结果表明:误差在可接受的范围内,可为后续优化奠定基础。