發(fā)布時(shí)間：2018-09-12 16:38

【摘要】：果園開溝是果園施加顆粒肥料的一個重要工序,是提高果品質(zhì)量和產(chǎn)量的重要手段。我國丘陵山區(qū)果園種植面積大且逐年上漲,但是丘陵山區(qū)果園開溝基本上是由人力操作,勞動強(qiáng)度很大,生產(chǎn)效率低且易耽誤農(nóng)時(shí),急需一款適應(yīng)我國丘陵山區(qū)果園開溝施肥的機(jī)器。果園開溝施肥機(jī)開溝過程中切削功耗很大,所以本文以自主研制的我國丘陵山區(qū)迫切需要的立式單軸旋轉(zhuǎn)果園開溝施肥機(jī)的旋轉(zhuǎn)開溝刀具為研究對象,對其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以提高作業(yè)效率和開溝質(zhì)量,降低切削功耗。刀具的運(yùn)動參數(shù)主要是前進(jìn)速度(v)和角速度(ω),刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是刀片折彎角(ε)。所以本文主要對刀具的前進(jìn)速度和角速度,刀片的折彎角進(jìn)行優(yōu)化,建立旋轉(zhuǎn)開溝刀具的切削功耗和刀具前進(jìn)速度和角速度,刀片折彎角的數(shù)學(xué)模型,以達(dá)到對旋轉(zhuǎn)開溝刀具的改進(jìn)優(yōu)化同時(shí)為其他耕作機(jī)具的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。論文主要內(nèi)容包括:根據(jù)旋轉(zhuǎn)開溝刀具具體參數(shù),運(yùn)用三維建模軟件Creo建立旋轉(zhuǎn)開溝刀具三維實(shí)體模型。分析旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤的過程,并對刀具切削土壤過程進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析,確定刀片折彎角的取值范圍為8°到22°,為滿足刀具切削土壤過程中土壤正常升運(yùn),確定刀具的臨界角速度為14.94rad/s,最大角速度為31.05rad/s。運(yùn)用數(shù)值模擬方法來模擬旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤過程,為了避免切削過程中土壤的大變形情況同時(shí)可以看到土壤粒子的拋撒情況,使得刀具切削土壤模型更加符合實(shí)際情況。本文基于SPH法來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤的三維數(shù)值模擬。為滿足農(nóng)藝要求,仿真采用刀具前進(jìn)速度為0.45m/s,角速度為28rad/s,開溝刀具刀片折彎角為22°進(jìn)行刀具切削土壤過程仿真,隨著刀具逐漸切入土壤,切削功耗逐漸增大,當(dāng)?shù)毒呷窟M(jìn)入土壤時(shí)候切削功耗穩(wěn)定于1.919kW。通過自主設(shè)計(jì)的、小型轉(zhuǎn)速—扭矩測量平臺測試旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤時(shí)候的切削功耗,選取20組數(shù)據(jù)求取平均值得平均功耗為2.07kW,誤差為3.86%,在允許范圍內(nèi),說明數(shù)值模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相近,符合實(shí)際情況。開展旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤的單因素虛擬試驗(yàn)研究和二次回歸正交組合虛擬試驗(yàn)研究,同時(shí)建立切削功耗和三者之間的回歸方程,經(jīng)過驗(yàn)證,回歸方程顯著,且方程擬合性好,為開展旋轉(zhuǎn)開溝刀具的優(yōu)化提供目標(biāo)函數(shù)。為優(yōu)化旋轉(zhuǎn)開溝刀具的前進(jìn)速度、角速度和刀片折彎角,以回歸方程為目標(biāo)函數(shù),以生產(chǎn)率、配套動力、臨界角速度、排土臨界轉(zhuǎn)速和刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)為約束條件,建立旋轉(zhuǎn)開溝刀具優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,調(diào)用Matlab中的fmincon函數(shù),以旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤功耗最小為目標(biāo)開展優(yōu)化,得到v、ω、ε的最優(yōu)解,得出當(dāng)v=0.222m/s,ω=24rad/s,ε=0.349rad,即前進(jìn)速度為0.799km/h,轉(zhuǎn)速為230r/min,刀片折彎角為20°時(shí)刀具切削土壤所耗功率最小為1.758kW。代入最優(yōu)解進(jìn)行旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤仿真分析,得出刀具切削土壤功耗為1.727kW,與優(yōu)化前相比,功耗降低了10%,所以優(yōu)化效果顯著。并且通過小型轉(zhuǎn)速—扭矩測量平臺測試優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)開溝刀具切削土壤時(shí)候的切削功耗,選取20組數(shù)據(jù)求取平均值得平均功耗為1.85kW,與優(yōu)化后仿真切削功耗的誤差為6.6%,在誤差允許范圍內(nèi),所以優(yōu)化結(jié)果具有真實(shí)性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S224.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2239601