树木移栽机机械结构设计与有限元分析

摘要

目前，环境资源问题成为我国全面建设小康社会和现代化建设进程中的瓶颈约束，植树造林是改善环境问题的一个必经之路，所以发展林业机械，推动实现林业产业的自动化，将显的尤为重要。在树木移栽的机械化进程中，我国相比于国外发达国家稍显缓慢，这一种类的机械还主要依赖于进口，而引进国外的树木移栽机，尺寸也不尽然满足国内需要，所以研制一种能够被广泛使用的树木移栽机，不仅具有很好的市场价值，对于推广林业机械的发展也将起到至关重要的作用。由于项目组处于该领域的初探期，所以致力于研发一种移栽中小型树木的移栽机，主要参考国外大约翰型树木移栽机的结构形式，针对现有研发条件，对一些结构进行适当简化，主要是综合考虑动力配置，设计难度与加工难度等因素，确定一种最优设计方案，为悬挂、有架、3铲、直铲式树木移栽机。查阅有关资料，参考国外数据，对所要设计的树木移栽机每一部分的结构形式进行分析及选型设计，并最终确定尺寸。
　　根据设计要求，运用三维建模软件Pro/E对每一个结构进行实体建模，根据彼此间的装配关系进行装配，同时检查其干涉情况，并根据不同工况时，各个部件间的相对位置关系，得到不同的装配模型，以便于对不同工况下进行静力学分析。根据设计时的力学计算结果，分别对铲刀、门架、整机进行满载静态强度分析，经过有限元静力学仿真计算的结果可知，树木移栽机的铲刀在下铲工况的强度、刚度满足设计标准;门架在升降过程中的强度及变形均满足要求，其总体变形情况很小与结构的整体尺寸相比较可以忽略不计;整机在提升过程中，连接架的强度满足要求，不会发生失效现象;铲刀闭合提升工况也满足材料的极限标准。同时对树木移栽机进行动力学分析，以确定其固有频率，是否会与发动机的频率产生共振，所以对移栽机的主要工作部件铲刀进行模态分析得到其前6阶固有频率，通过发动机的工作频率比较可知，其与发动机不会发生共振现象。由于移栽机本身的重量对于提升工况的影响很大，所以本着减少样机30％自身重量的目标，对固定支架进行材料的拓扑优化分析，得到了固定支架的拓扑优化模型，根据优化结果，对固定支架重新设计，也为今后对树木移栽机的材料优化方面提供了理论基础。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 树木移栽机发展概述

1．2．1 国外树木移栽机研究现状

1．2．2 国内树木移栽机研究现状

1．3 论文主要研究内容

2 树木移栽机机械结构总体设计

2．1 树木移栽机机械结构设计原则

2．2 树木移栽机机械结构设计方案

2．2．1 土球大小的确定

2．2．2 驱动装置选择

2．3 树木移栽机工作铲设计

2．3．1 铲刀结构介绍

2．3．2 铲刀结构确定

2．3．3 铲刀工作阻力确定

2．3．4 铲刀数量确定

2．4 树木移栽机铲刀导轨及导轨支架设计

2．4．1 树木移栽机铲刀导轨设计

2．4．2 树木移栽机铲刀导轨支架设计

2．5 树木移栽机升降支架设计

2．5．1 提升装置连接架结构设计

2．5．2 滚轮的设计

2．5．3 提升门架结构设计

2．6 本章小结

3 基于Pro／E的树木移栽机机械结构建模

3．1 Pro／ENGINEER三维建模软件简介

3．2 树木移栽机机械结构建模

3．2．1 模型的简化处理

3．2．2 铲刀模型的建立

3．2．3 固定支架及导轨模型建立

3．2．4 升降门架模型的建立

3．2．5 其余部件模型的建立

3．3 树木移栽机整体模型装配

3．4 本章小结

4 树木移栽机有限元静力学分析

4．1 ANSYS静力学分析软件介绍

4．2 铲刀体的有限元静力学分析

4．2．1 铲刀体有限元分析前处理

4．2．2 铲刀体有限元分析求解

4．3 升降门架的有限元静力学分析

4．3．1 升降门架有限元静力学分析前处理

4．3．2 升降门架有限元静力学分析求解

4．4 树木移栽机样机的静力学分析

4．4．1 有限元分析前处理

4．4．2 有限元分析求解

4．5 本章小结

5 树木移栽机机械结构的动力学分析及优化

5．1 动力学分析基础

5．2 铲刀的模态分析

5．3 树木移栽机固定支架拓扑优化

5．3．1 优化设计基础

5．3．2 优化设计

5．4 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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