滚筒摘锭式采摘头结构优化设计

摘要

统收式采棉机作为国内自主研发的采棉机械,以生产成本低、采净率高、采收面积大、作业速度高等优点在新疆棉花种植区得到一定程度的推广和应用,成为国内棉花的重要采摘机械。但由于国内生产水平的限制,棉花种植模式的差异,采摘机理的研究不太成熟等一系列因素,统收式采棉机存在输棉不畅、采棉含杂率高、采收效率低等缺点,严重阻碍了它的进一步发展。
　　采摘头是采棉机采收作业的核心部件,它作业效果的好坏将直接影响到采棉机的综合评定,更关系到棉农的经济利益。采摘头结构合理与否将影响到采摘作业的质量(采净率、含杂率等),还将关系到采摘下来的棉花能否及时顺利的输送出采摘头及对籽棉与杂质的初步分离效果。
　　本文通过调查分析、理论分析和虚拟仿真相结合的方法,对统收式采棉机采摘头结构参数进行了优化,为统收式采棉机采摘头的改进提过了基本的理论基础。
　　文中对国内外统收式采棉机的研究现状进行了论述,重点对采摘头的结构及工作原理进行了分析。测量了棉花种植密度、棉茎直径、单铃重、棉铃密度、棉杆密度、单株棉桃数及棉絮与棉铃的连接力、铃壳与果枝连接力、棉铃与果枝、果枝与棉茎连接力,为采摘头设计奠定基础。分析棉花在统收式采棉机工作过程中的受力情况,可以更好地了解统收式采棉机的工作原理,为采棉机的设计提供必要的理论依据。运用Fluent流场仿真软件对采摘头进行了流场分析,优化采摘头结构,得到同时增设导流板和入流口可以减小涡流和增大流速的双重作用,流场特性得到很大改善,提高了采摘头工作的稳定性和质量,且当两入流口入流速度均为15m/s时效果最佳。设计了机械输送装置,实现了对棉花的输送及完成了部分杂质与籽棉的分离,为后续的棉花加工清理提供良好环境。对摘锭进行运动学及动力学分析,建立相关方程,利用Ansys软件对摘锭进行力学分析,确定聚酯塑料作为摘锭材料。利用Adams对摘锭进行运动仿真,得到摘锭位移曲线及摘锭不同位置的速度、加速度曲线,验证了运动学及动力学分析的正确性,为采摘头优化提供理论基础。

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第一章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3课题的研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题

1.4拟采取的研究方案及技术路线

1.5本章小结

第二章 棉花特性研究及采摘头设计方案确定

2.1棉花物料特性

2.2棉花机械特性

2.3棉花力学分析

2.4物料在输送管道中的运动特性分析

2.5物料的运动轨迹

2.6采摘头组成及工作原理

2.7改进后的采摘头示意图

2.8本章小结

第三章 采摘头结构优化

3.1采摘头结构模型的建立

3.2网格划分

3.3数值模拟计算

3.4模拟结果分析

3.5气体流量的确定

3.6分离装置设计

3.7本章小结

第四章 摘锭动力学仿真分析

4.1摘锭运动分析

4.2基于能量守恒的柔性采棉的动力学分析

4.3摘锭材料的选择

4.4虚拟样机技术简介

4.5建立虚拟样机模型

4.6摘锭顶端的仿真分析

4.7摘锭上不同位置仿真分析

4.8本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要研究结论

5.2研究工作展望

参考文献

致谢

作者简介

石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表