木薯收获机挖掘部件的研究设计

论文摘要

木薯是世界三大薯类作物（木薯、马铃薯、甘薯）之一,也是全球年产超亿吨的七大作物之一,是许多热带、亚热带地区国家重要的热能来源,也是重要能源性物质。木薯在我国热作产业中占有重要的地位,近年来随着木薯淀粉、酒精及其深加工业的发展,尤其是木薯酒精作为燃料乙醇被添加到汽油、柴油中使用,我国木薯种植面积迅速扩大,目前面积产量仅次于甘蔗、橡胶。但我国木薯生产机械化程度极低,除耕整地外,其余主要依赖低效的人畜作业。木薯收获产品主要是地下的块根,块根收获量大,但多数采用手工作业,致使块根挖掘成为当前木薯生产中占用劳动力最多、劳动强度最大的一项作业,其生产率极低,作业成本高,块根损失、损伤大。本文针对目前中国木薯的栽培方式和种植特点,结合分析国外的木薯收获机械,设计了一种新型的木薯挖掘装置。论文通过对不同设计方案的理论分析和论证,确定了木薯挖掘装置动力传动系统和挖掘分离机构的配置形式,在经过了对结构与运动参数、运动机理的可行性分析与验证后,将该装置进行了试制与多次田间试验。本文主要研究内容如下:1.对木薯挖掘装置结构原理及运动特性进行了详细的理论分析,剖析了挖掘部件的运动特性,确定了影响挖掘性能的土壤参数和各部件参数;2.通过多次试验,首先在不考虑土壤类型、土壤切削阻力、内摩擦、粘附力、内聚力等因素的情况下建立块根与土壤沿铲面移动所需力的数学模型,研究各参数对其性能的影响,然后在考虑土壤类型、土壤切削阻力、内摩擦、粘附力、内聚力等因素的情况下建立牵引力的数学模型,分析各参数对牵引力的影响,利用MATLAB将各性能曲线可视化;3.应用LS-DYNA软件建立挖掘铲和土壤的数学模型,在设定土壤参数和部件参数的前提下进行运动仿真分析,在后处理软件中将挖掘铲的速度、加速度和位移曲线输出,能够比较直观的观察挖掘铲在入土之后的运动情况,为进一步的理论研究和机构优化提供了可靠依据。4.对木薯挖掘装置进行田间试验,以木薯的损失率作为衡量性能的主要指标,试验结果表明:新型木薯挖掘装置的参数选取合理,具有较好的挖掘性能和较高的作业效率。研制成功的木薯挖掘装置,其功耗小、效率高、收获损失少、整体结构紧凑、入土方便、性能可靠、制造成本低、调整使用方便。其创新点主要表现在:挖掘铲入土部分采用入土齿,大大减小了入土时的土壤阻力,挖掘铲尾部采用了分离栅条,将木薯的挖掘和除土融为一体,简化了作业工序。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.1.1 中国木薯生产现状
• 1.1.2 中国木薯的种植方式
• 1.1.3 木薯生产机械化的现状
• 1.2 木薯收获机械挖掘部件的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究目标
• 1.4 研发面临的难点
• 1.5 本章小结
• 2 木薯收获机挖掘部件的设计思想和分析依据
• 2.1 设计思想
• 2.2 挖掘装置结构形式的确定
• 2.3 辅助分析依据
• 2.3.1 木薯的种植生长状态
• 2.3.2 土壤的物理力学性质
• 2.3.3 块根的物理性质
• 2.3.4 挖掘部件技术性能指标
• 2.3.5 配套动力参数确定
• 2.4 本章小结
• 3 木薯收获机挖掘部件结构特点、作业原理和参数分析
• 3.1 挖掘部件的结构特点与作业原理
• 3.2 影响挖掘性能的参数分析
• 3.2.1 土壤的状态参数
• 3.2.2 工作部件的参数
• 3.3 本章小结
• 4 挖掘铲阻力模型的建立与分析
• 4.1 理想状态下挖掘铲阻力
• 4.2 挖掘铲加载土壤的阻力模型
• 4.3 性能曲线分析
• 4.4 本章小结
• 5 挖掘部件 LS-DYNA 运动仿真分析
• 5.1 软件介绍
• 5.2 建立木薯挖掘铲与土壤的分析模型
• 5.2.1 分析环境设置
• 5.2.2 定义土壤和挖掘铲的单元类型
• 5.2.3 定义土壤和挖掘铲的材料类型
• 5.2.4 建立挖掘铲和土壤的几何模型
• 5.2.5 对土壤和挖掘铲几何模型进行网格划分
• 5.2.6 建立 PART
• 5.2.7 定义挖掘铲和土壤的接触信息
• 5.2.8 定义挖掘铲边界约束条件
• 5.2.9 定义土壤的约束条件
• 5.2.10 定义挖掘铲的初始速度
• 5.2.11 读入结果文件并分析
• 5.3 本章小结
• 6 试验结果和分析
• 6.1 试验目的
• 6.2 试验方法
• 6.3 试验条件
• 6.3.1 土壤含水率的测定
• 6.3.2 木薯种植生长情况测定
• 6.4 试验结果
• 6.4.1 生产率测定
• 6.4.2 单位面积燃油消耗量测定
• 6.4.3 损失率的测定
• 6.4.4 作业速度测定
• 6.4.5 耕深及稳定性测定
• 6.5 试验结果分析
• 6.6 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 主要结论和成果
• 7.2 今后的研究方向和建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 作者简介
• 导师简介