水草收割机行走机构的建模与仿真分析

摘要

水草收割机是通过机械化方式收割水草，延缓沼泽化进程，维护生态系统的环境机械，因此水草收割机的研究和开发对于长期维护和改善生态系统具有重要的现实意义。 9GSCC-1.4H型水草收割机推进器采用动蹼式明轮推进器结构，针对明轮推进器的运动特性，运用MATLAB中SQP法对推进效率进行优化，确定了明轮的结构尺寸及安装尺寸，使得推进效率由η=21.56％提高到，η=55.4％。根据优化的结构尺寸，对水草收割机进行了液压传动系统的设计计算和选型；同时通过Pro/E软件建立与物理样机相同的明轮推进器三维实体模型，装配后模拟其真实运动情况，并且进行干涉检验；运用Pro/E和ADAMS的专用接口模块MECH/Pro将实体模型导入到ADAMS软件中对实体模型定义质量和转动惯量，并对各部件之间施加约束，建立子模块的虚拟样机；通过仿真分析，得到明轮蹼板各点运动特性规律板以及蹼板对明轮的作用力矩；并且将力作为边界载荷条件施加在明轮上进行有限元分析，得到明轮整机受力最大时刻的应力应变分布情况，从而得知明轮的等效应力值和第一、第二、第三主应力的值和关系，验证了本设计的可靠性，为推进器结构设计提供了依据，为水草收割机系列产品设计研究提供基础数据。

目录

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声明

1 引言

1.1 研究的背景

1.2 课题的来源及研究的意义

1.3 国内外研究现状

2 水草收割机结构

2.1 明轮推进器结构及其简图

2.2 明轮推进器运动的理论分析

2.2.1明轮推进器蹼板运动特性

3 明轮推进力的产生

3.1 明轮受力分析

4明轮优化

4.1 明轮优化设计意义

4.2 序列二次规划算法SQP

4.3 明轮结构参数优化

5 船阻力及明轮推进力的计算

5.1 收割机作业情况下各参数的计算：

5.1.1船体水阻力的计算：

5.1.2船体空气阻力的计算

5.1.3输送装置阻力计算

5.1.4收割机总阻力

5.2 收割机的牵引计算

5.2.1明轮推进器推力计算

5.2.2明轮的转动力矩

5.2.3明轮的功率

5.2.4明轮直径、转速及船速的关系式

5.2.5轴功率

5.3 收割机非作业情况下各参数的计算

6 明轮驱动的液压系统设计

6.1 机械传动系统改为液压系统的必要性

6.2 行走机构液压系统工作原理图

6.3 液压系统设计计算

6.3.1液压马达性能参数计算：

6.3.2确定每个明轮马达的排量

6.3.3液压泵性能参数计算：

6.3.4油管尺寸计算

6.3.5油箱容量

6.3.6液压元件确定

7 明轮的虚拟设计

7.1 建立三维实体模型

7.2 建立各零件实体模型

7.3装配零件

7.4 PRO／E与ADAMS的数据传送

7.4.1定义刚体

7.4.2施加约束

7.4.3转换数据

7.5 ADAMS中运动学、动力学分析

7.5.1多刚体系统动力学简介

7.5.2 ADAMS中导入模型

7.5.3运动学仿真分析

7.5.4 ADAMS动力学方程

7.5.5动力学仿真分析

8 有限元分析

8.1 有限元理论的基础知识

8.1.1静力学分析

8.2 有限元分析的基本步骤

8.2.1连续体的离散化

8.2.2选择位移模式

8.2.3分析单元的力学特性

8.2.4联立所有单元的平衡方程，建立整个结构的平衡方程

8.2.5求解未知节点位移

8.2.6计算单元应力

8.3 PRO／E与ANSYS接口技术

8.4 明轮推进器的有限元分析

8.4.1单元划分

8.4.2载荷条件

8.4.3约束条件

8.4.4计算结果与分析

9 结论与讨论

致 谢

参考文献

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