林间集材运输机与自救系统的设计与仿真

摘要

木材是当今世界广泛使用的可再生资源，在我国国民经济建设中发挥着极为重要的作用，然而我国森林总量及人均占有量都远低于世界平均水平，林业发展仍然面临着巨大的压力和挑战。抚育采伐作为科学营林的关键措施，其机械化程度对林业生产的全局发展至关重要。而抚育采伐作业中，集材运输的工作量占总工作量的70％之多，因此集材运输的机械化程度就成为影响抚育采伐进度的关键因素。我国林区路面崎岖不平，抚育采伐作业又有着采伐量小、作业范围分散的特点，因此提出了能够在林间机动灵活、稳定安全作业的设备——小型集材运输机以及辅助其实现遇险自救工作的自救系统的设计。
　　本文通过对我国林间抚育采伐作业环境特点及集材运输方式现状的分析与研究，结合现有的林间集材运输设备的结构形式和工作原理，确定了适合我国林区抚育采伐作业集材运输工作的设备主体结构类型为小型履带式结构，其自救系统选用绞盘机自救结构。在此基础之上，对林间集材运输机与自救系统的合理化总体结构与布局进行了确定，并对其各自的主要参数进行设定。
　　针对小型林间集材运输机在人烟稀少、地形复杂的林间作业容易发生翻车、陷机等危险事故且难以获得外援的问题，对其自救绞盘机从利用系统动力驱动与手动驱动两个方面进行结构设计，使操作者在集材运输机遭遇危险事故时，快速、安全地实现车体自救成为可能。
　　借助ANSYS有限元分析软件对关键零部件进行静、动态分析，通过静态研究，得出关键零部件的应力、应变云图和安全系数云图，以校核关键零部件的强度与刚度;动态研究主要是通过模态分析，获得关键零部件的低阶固有频率和振型，研究其振动稳定性及局部动态响应，从而分析其薄弱环节及相应解决方案。
　　运用Solidworks软件对林间集材运输机与自救系统进行实体建模、装配，通过干涉检测模块检验林间集材运输机三维模型装配过程中是否存在干涉现象，以便于及时改正;通过常见事故中林间集材运输机自救过程的力学分析，对林间集材运输机自救系统的结构做出进一步完善;通过Solidworks软件的运动仿真模块对林间集材运输机及其自救系统进行运动仿真分析。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外林间集材运输机的发展现状

1．2．1 国内林间集材运输机的发展现状

1．2．2 国外林间集材运输机的发展现状

1．3 论文研究的目的和意义

1．4 论文研究的主要内容

2 林区抚育采伐集材运输机设计方案研究

2．1 林区抚育采伐作业现状

2．1．1 林区抚育采伐作业的意义

2．1．2 林区抚育采伐作业环境及采伐对象特点

2．1．3 林区抚育采伐作业集材运输方式现状

2．2 现有集材运输机的分类和整机结构组成

2．2．1 集材运输机的分类

2．2．2 集材运输机类型的选择

2．2．3 集材运输机整机基本结构组成

2．3 林间集材运输机自救系统设计方案的确定

2．3．1 自救系统设计的意义

2．3．2 自救系统主要自救结构的确定

2．3．3 自救绞盘设计方案的确定

2．4 本章小结

3 林间集材运输机与自救系统的总体设计

3．1 林间集材运输机的布局要求

3．2 林间集材运输机总体结构与布局的确定

3．3 林间集材运输机主要参数的设计

3．3．1 林间集材运输机载量的设定

3．3．2 林间集材运输机质量的设定

3．3．3 林间集材运输机行驶速度的设定

3．3．4 林间集材运输机额定功率的确定

3．4 自救系统的总体设计

3．4．1 自救系统绞盘机工作状态分析

3．4．2 自救系统绞盘机总体结构布局的确定

3．4．3 自救系统绞盘机牵引力的设定

3．5 履带式行走机构主要参数的设计

3．5．1 履带行走机构主要零件的选取

3．5．2 履带行走机构主要外形尺寸的分析

3．5．3 履带式行走机构结构布局图

3．6 林间集材运输机传动系统布局

3．7 本章小结

4 林间集材运输机自救绞盘机结构设计

4．1 绞盘机系统动力驱动部分的设计

4．1．1 绞盘机系统动力驱动部分结构设计

4．1．2 绞盘机卷筒设计

4．1．3 传动线路的设计

4．2 绞盘机手动驱动部分的设计

4．2．1 手动驱动的人机工程学分析

4．2．2 绞盘机手动驱动部分结构设计

4．3 本章小结

5 林间集材运输机及其自救系统有限元分析

5．1 ANSYS有限元分析简介

5．1．1 结构静力分析的一般步骤

5．1．2 结构模态分析的一般步骤

5．2 林间集材运输机整机机架的有限元分析

5．2．1 整机机架有限元模型的建立与受力分析

5．2．2 整机机架有限元模型的网格划分

5．2．3 整机机架有限元模型施加载荷

5．2．4 整机机架有限元模型的求解及分析

5．3 林间集材运输机自救系统绞盘机卷筒的有限元分析

5．3．1 卷筒有限元模型的建立与受力分析

5．3．2 卷筒有限元模型的求解及分析

5．4 林间集材运输机自救系统绞盘机卷筒轴的有限元分析

5．4．1 卷筒轴有限元模型的建立与受力分析

5．4．2 卷筒轴有限元模型的求解及分析

5．5 本章小结

6 林间集材运输机自救系统的力学与仿真分析

6．1 林间集材运输机三维实体模型的建立

6．1．1 零件三维实体模型的建立

6．1．2 林间集材运输机装配设计

6．2 林间集材运输机自救系统的力学分析

6．2．1 林问作业可能发生的事故类型

6．2．2 自救任务实施的原则

6．2．3 林间集材运输机重心的提取

6．2．4 林间集材运输机遭遇事故最佳自救方案的选取

6．3 林间集材运输机自救系统的结构完善

6．4 林间集材运输机自救系统的运动仿真分析

6．4．1 Solidworks软件运动仿真简介

6．4．2 运动仿真分析

6．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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