单行仿形棉花打顶机结构设计与试验

摘要

棉花是关系国计民生的战略物资，是仅次于粮食的第二大农作物，对国民经济的发展有着重要影响。棉花打顶是棉花生长过程中必不可少的环节，对棉花节水、增收有着重要的作用。棉花人工打顶工作量大、成本大、效率低，严重制约了新疆棉花产业的现代化进程。
　　为了对棉花机械打顶技术与装备的研发提供技术支持，结合棉花机械打顶农艺要求，在对国内棉花打顶机的切割器、传动系、机架等关键工作部件的结构进行调查研究的基础上，设计开发了一种可以仿棉花源长势而实现打顶切割的机械，旨在解决棉花打顶机对棉花高度的单行仿形打顶切割。
　　（1）在分析国内外棉花打顶机结构调查研究的基础上提出了整体设计方案。
　　（2）液压升降仿形系统对打顶性能的影响分析，找出了仿形系统中各尺寸参数、液压反应速度和机车速度之间的关系；通过对单行仿形棉花打顶机滚筒式切割器切割参数的理论分析，得出滚刀不漏割一般式，讨论不漏割条件式，得出不同刀数的转速极小值；通过对棉花切割力，切割的阻力和速度方程式以及曲线的变化规律图，找到保证棉花顶部得到很好切割的速度极小值；根据仿形误差积累的主要因素分析，单行仿形棉花打顶机采用拖拉机后悬机架。
　　（3）根据整机设计方案，对单行仿形棉花打顶机的传动系和液压系统进行设计计算，并使用作图法对仿形系统的刀架、高度识别器和平行四杆进行设计，确定整体结构。
　　（4）利用solidworks2009三维建模功能对打顶机实体建模；利用动力学仿真分析软件ADAMS验证不漏割条件式的正确性；以棉花植株顶部为研究对象，通过数值模拟技术对棉花切割过程进行模拟，分析切割过程中棉花切割区应力、应变及动刀丝上切割力的变化情况，得出棉花的切割规律，揭示棉花的切割机理，从力学分析角度，得到了滚刀在四把刀时转速在1200r/min时棉花的变形最合适，切割效果最佳，去顶效率最好。
　　（5）利用solidworks2009软件设计试验台，并对试验台支架进行应力分析，确定其安全系数为6.34，符合设计要求；试验的方案为正交试验，采用高速摄像技术记录了仿形系统工作的过程，使用blaster’sMAS软件捕捉到每颗植株打顶瞬间的刀轴高度。利用DPS和spss数据分析软件对试验结果进行了极差和方差分析，得出影响仿形指标的主要因素最优组合为浮子-滚刀距离48cm，液压排量6.5L/min，台车速度0.75m/s，为整机结构参数优化和工作参数的选择提供了依据。
　　（6）三行样机田间试验，检查验证样机的结构原理及其作业性能，为样机的结构改进和性能完善提供依据。

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第一章 绪论

1.1课题背景

1.2课题的意义

1.3国内外棉花打顶机械的研制状况

1.4课题的技术指标及农艺要求

1.5研究内容和方法

1.6技术路线图

1.7本章小结

第二章 单行仿形棉花打顶机理论分析

2.1升降仿形系统高度仿形对打顶性能的影响

2.2滚筒式切割器切割参数理论分析

2.3滚筒式切割器切割力分析

2.4机架的仿形

2.5 本章小结

第三章 单行仿行棉花打顶机结构设计

3.1单行仿形棉花打顶机的总体结构设计

3.2单行仿形棉花打顶机主要零部件的设计

3.3本章小结

第四章 整机三维建模与滚刀切割仿真

4.1 打顶机三维模型建立

4.2切割器运动学仿真分析

4.3切割过程虚拟分析

4.4本章小结

第五章 仿形系统的试验研究

5.1室内打顶试验的优点

5.2室内打顶试验的目的

5.3打顶试验台的搭建

5.4试验方法的确定

5.5正交试验方案

5.6试验仪器设备

5.7试验条件及材料

5.8测定项目与方法

5.9单体仿形试验结果与分析

5.10本章小结

第六章 整机田间试验

6.1试验测试内容与目的

6.2试验条件及要求

6.3试验及数据处理

6.4 本章小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2建议

参考文献

致谢

附录

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石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表