整秆式甘蔗收割机断尾机构的虚拟仿真分析与设计

摘要

实现甘蔗收获机械化是提高甘蔗产量进而提高食糖产量的关键，然而决定食糖产量的不仅有甘蔗产量，还有甘蔗收割后的含糖量。我国甘蔗收获机械主要采用整秆式收割方式，其工作过程包括扶蔗、切根、剥叶、断尾、输送以及捆扎，其中剥掉蔗叶并且去除含糖量较低的蔗尾的目的就是间接的提高收割后甘蔗的含糖量。因此，对于整秆式甘蔗收割机断尾机构的研究既能丰富甘蔗收割技术，提高甘蔗产量，又有利于提高甘蔗收割后的含糖量，从而提高食糖产量。目前我国整秆式甘蔗收割机均采用在甘蔗直立状态时通过刀具切除的方式进行断尾，然而由于自然生长的甘蔗高度相差很大，且倒伏情况严重，因此难以控制切掉的长度。综上所述，设计一种合理的断尾机构势在必行。
　　本文通过研究甘蔗不同部位机械特性和蔗汁糖度的差异性，得到了新型断尾机构的设计依据即甘蔗茎秆尾部的抗切割、表皮抗压、抗冲击能力均远低于其他部位。据此提出新型断尾机构:在传统剥叶系统中增设断尾轮，通过断尾轮上断尾元件循环击打甘蔗的方式使尾部断掉。通过建模和仿真分析，确定了三种设想方案中防窜动式断尾机构更加合理。为了机构的参数优化，以甘蔗输送稳定性、甘蔗承受最大应力作为断尾效果的评价指标，选取了四个主要影响因素，以ADAMS软件为虚拟试验平台做正交试验。通过试验结果分析得到了各因素对于指标影响的显著性以及最优组合:断尾轮中心轴之间的距离330mm、上下断尾元件之间的交错角度7.5。、断尾元件的弹性模量11.76MPa、断尾轮的转速348r/min。最后，通过物理样机验证了防窜动式断尾机构合理可行，且最优组合下的断尾率达到90％，理想断尾率达到75％。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 甘蔗收获机械及其断尾机构的研究现状

1．2．1 国内外甘蔗收获机械的发展概况

1．2．2 整秆式甘蔗收割机断尾机构的研究现状

1．3 虚拟样机技术及其在甘蔗收获机械领域中的应用

1．3．1 虚拟样机技术

1．3．2 虚拟样机技术在甘蔗收获机械领域中的应用

1．4 课题来源及主要研究内容

2 甘蔗各部位机械特性及糖度的差异性研究

2．1 甘蔗茎秆切割试验与蔗汁糖度测定

2．1．1 试验材料及方法

2．1．2 甘蔗茎秆切割试验

2．1．3 蔗汁糖度测定试验

2．1．4 甘蔗茎秆糖度与节间平均峰值切割力的关系分析

2．2 甘蔗表皮抗压试验

2．2．1 试验材料及方法

2．2．2 甘蔗表皮压破试验结果分析

2．2．3 甘蔗茎秆糖度与节间表皮抗压的关系分析

2．3 甘蔗茎秆冲击试验

2．3．1 试验材料及方法

2．3．2 甘蔗茎秆冲击试验结果分析

2．4 本章小结

3 整秆式甘蔗收割机断尾机构的设计

3．1 新型断尾系统的设计思路与组成

3．2 断尾机构的工作机理分析

3．3 断尾机构的设计要求

3．4 断尾机构的设计方案

3．5 本章小结

4 整秆式甘蔗收割机断尾机构的仿真分析

4．1 相关软件简介

4．2 三种断尾机构虚拟样机模型的建立

4．2．1 甘蔗柔性体模型的建立

4．2．2 断尾机构仿真模型的建立

4．2．3 断尾元件材料参数的选定与计算

4．2．4 仿真碰撞参数与接触参数的计算

4．3 三种断尾机构的仿真分析

4．3．1 单轮断尾机构的仿真分析

3．3．2 上下轮断尾机构的仿真分析

3．3．3 防窜动式断尾机构的仿真分析

4．4 断尾机构的方案确定

4．4．1 断尾机构的方案确定

4．4．2 防窜动式断尾机构的双因素虚拟试验与结构参数范围确定

4．3 小结

5 防窜动式断尾机构的虚拟正交试验与参数优化

5．1 虚拟正交试验影响因素分析

5．2 虚拟正交试验模型建立与参数计算

5．2．1 分段圆台式甘蔗柔性体模型的建立

5．2．2 虚拟正交试验碰撞接触参数的设置与计算

5．2．3 虚拟正交试验动力学仿真模型的建立

5．3 虚拟正交试验评价指标分析

5．4 虚拟正交试验结果分析

5．4．1 虚拟正交试验结果

5．4．2 虚拟正交试验结果方差分析

5．4 防窜动式断尾机构参数优化结果分析

5．5 小结

6 防窜动式断尾机构物理样机的试验验证

6．1 试验材料、设备与方案

6．2 试验结果分析

6．4 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 问题与展望

参考文献

作者简历

攻读硕士期间主要研究成果