竹材作為一種重要的森林資源,與木材相比具有生長周期短,繁殖力強(qiáng),一次種植可永續(xù)經(jīng)營等特點(diǎn),并且竹材自身的彈性和韌性較好、力學(xué)性能優(yōu)異,已經(jīng)在民用、輕工、建筑等行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用,在森林資源日益減少而人類需求逐漸增加的今天,竹材越來越受到人們的關(guān)注。以竹代木,以竹勝木,必將是21世紀(jì)森林資源可持續(xù)經(jīng)營的一個(gè)重要方向。但目前我國采伐竹子的方法仍然是傳統(tǒng)的人工刀砍或者是油鋸采伐,隨著人工成本的不斷上升,加之手工砍伐效率低下等問題,阻礙了竹材的大規(guī)模開采利用。因此設(shè)計(jì)一種能夠在地形復(fù)雜的竹林地形中自走作業(yè)的高效竹材采伐機(jī)械很有價(jià)值。本文對(duì)目前我國自走式采伐機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行討論,并對(duì)未來采伐機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)做出預(yù)測。通過對(duì)竹林的生長環(huán)境和立地條件進(jìn)行研究,對(duì)自走式竹材采伐機(jī)的整機(jī)尺寸、行走方式進(jìn)行了確定。對(duì)采伐機(jī)的主要參數(shù)和關(guān)鍵組成部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)與布局。對(duì)竹材的組成結(jié)構(gòu)和層間斷裂特性的研究,明確竹材作為一種生物復(fù)合材料,它的力學(xué)性能具有較強(qiáng)的各向異性的性質(zhì),順紋向的拉伸強(qiáng)度高,但剪切強(qiáng)度卻相對(duì)很低。通過對(duì)竹子的微觀結(jié)構(gòu)分析解釋了 Ⅰ型層間斷裂韌性和Ⅱ型層間斷裂韌性的特點(diǎn),為采伐機(jī)的切削原理分析提供理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上確定了采用組合圓鋸的采伐方式,并對(duì)鋸片的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析,對(duì)切削力、切削功率的大小進(jìn)行了計(jì)算確定。利用Solidworks軟件對(duì)自走式竹材采伐機(jī)的切削機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)各組成零件承受的載荷進(jìn)行分析計(jì)算,并依此進(jìn)行選型和參數(shù)的確定。對(duì)整機(jī)和各組成部分進(jìn)行三維建模,通過計(jì)算驗(yàn)證了采伐機(jī)的接地比壓和行駛穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求。使用Adams軟件對(duì)采伐機(jī)的切削過程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,通過建立簡化模型,施加約束并設(shè)置各項(xiàng)鋸切參數(shù),得出了單圓鋸的轉(zhuǎn)速、鋸片直徑、刃厚、齒數(shù)轉(zhuǎn)速、竹材壁厚、直徑等不同參數(shù)對(duì)切削力的影響,并分析了三圓鋸的轉(zhuǎn)速和鋸片間距對(duì)于切削力大小的影響,最終對(duì)各切削參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。使用ANSYS Workbench軟件對(duì)切削主軸進(jìn)行靜力學(xué)分析,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)座架進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析,驗(yàn)證其強(qiáng)度和剛度滿足實(shí)際使用需求,采伐機(jī)工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)座架的振動(dòng)不會(huì)對(duì)采伐機(jī)的正常工作產(chǎn)生影響。最后根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)關(guān)鍵部件切削主軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),通過確定設(shè)計(jì)變量、確定目標(biāo)函數(shù)、確定約束條件,用MATLAB軟件編寫程序,最終得到最優(yōu)結(jié)果,使主軸的尺寸更加緊湊,保證采伐機(jī)的結(jié)構(gòu)合理,安全高效。
【學(xué)位單位】：東北林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S776.31
【部分圖文】：

１緒論逡逑地形環(huán)境，保證良好的通過性。對(duì)采伐機(jī)的切削原理進(jìn)行分析，保證采伐機(jī)能夠滿足竹逡逑材的切削要求。逡逑（４）對(duì)自走式竹材采伐機(jī)的關(guān)鍵零件進(jìn)行有限元分析，根據(jù)靜力學(xué)分析得到采伐機(jī)逡逑的主要受力零件的應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D，校驗(yàn)采伐機(jī)關(guān)鍵受力零件的強(qiáng)度、剛度滿足設(shè)逡逑計(jì)要求，保證采伐機(jī)工作的穩(wěn)定性和安全性，并對(duì)采伐機(jī)的切削主軸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使逡逑主軸的尺寸更加緊湊合理。逡逑

為軸向呈空心圓截面徑向呈階梯式變截面的桿狀結(jié)構(gòu)，沿竹竿軸向每隔數(shù)十公分長有一逡逑段竹節(jié)，將竹子各部分連接成一個(gè)整體［１８］。它既增強(qiáng)了竹子的強(qiáng)度和剛度，又提高了竹逡逑子的橫向抗擠壓能力和抗剪切能力。圖２－１為竹子的橫切面圖，由圖可知竹子的組成成逡逑分由外向內(nèi)依次為竹青、竹肉、竹黃。竹青是竹子最外層的保護(hù)組織，其結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)緊密，逡逑質(zhì)地堅(jiān)硬，切割時(shí)所需要的切削力較大。竹黃位于竹壁結(jié)構(gòu)的最內(nèi)側(cè)，相比于竹青其質(zhì)逡逑地脆弱，因此所需要的切削力較小。竹肉分布在竹青與竹黃之間，由維管束和基本組織逡逑構(gòu)成，需要的切削力介于竹青與竹黃之間。造成這種現(xiàn)象的原因是由于竹子的力學(xué)性能逡逑取決于不同組織中維管束的含量，從竹青到竹黃維管束的含量逐漸減少，因此力學(xué)性能逡逑也逐漸減弱，所需要的切削力不斷減�。郏保梗�。逡逑－６－逡逑

在測量竹纖維的極限應(yīng)力時(shí)，在竹纖維的兩端施加方向相反的載荷直到纖維發(fā)生斷裂，逡逑用此時(shí)的載荷值除以纖維束的面積就能得到纖維束的極限應(yīng)力【２４】。把竹纖維在膠體中固逡逑定好，使纖維束受到的剪應(yīng)力分布均勻，如圖２－２所示。其中１０為中間段纖維束的長度，逡逑心為兩端纖維束的長度，々為纖維束的截面面積，，＾為纖維束的截面周長，７？為膠體中逡逑纖維束受到的界面剪應(yīng)力，為中間段纖維束所受到的軸向拉應(yīng)力。根據(jù)平衡條件可得：逡逑Ｓｆ邋■ｘ－ｔ邋＝邋Ａ／邋－ｃＫｘ）邐（２－１）逡逑則中間段竹纖維束在膠體中所受到的軸向拉應(yīng)力和界面剪應(yīng)力滿足：逡逑ＳｒＬｇ－Ｔ邋＝邋Ａｒｃｒ０邐（２－２）逡逑因此距離纖維束最左端ｘ位置處所受到的軸向拉應(yīng)力滿足逡逑－７邋－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 周建波;傅萬四;白崇彪;;竹材加工共性技術(shù)設(shè)備發(fā)展及研究[J];木材加工機(jī)械;2012年03期

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本文編號(hào)：2821801