试析基于ls-dyna果园螺旋开沟机模拟试验研究及其优化设计

《试析基于ls-dyna果园螺旋开沟机模拟试验研究及其优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、华中农业大学硕士学位论文基于LS-DYNA果园螺旋开沟机模拟试验研究及其优化设计姓名：马爱丽申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：廖庆喜20080601摘要果园开沟是施加肥料、改良果品品质的重要工序，一般在果园果树的两侧开挖宽和深在0-3至0．4m的矩形沟。目前，我国还没有适应果园特定作业环境的开沟机，主要仍以人工实施开沟作业，其劳动强度大，生产效率低。本课题结合果园生产实际的要求，研究了一种适应果园开沟作业的立柱形变螺距螺旋式果园开沟机，并借助显式动力学的方法开展数值模拟试验研究及其优化设

2、计。论文主要工作包括：(1)设计了一种立柱形变螺距螺旋式果园开沟机及土槽试验装置。针对果园开沟的生产要求，提出了立柱形变螺距螺旋式果园开沟机的工作原理和主要结构，其结构主要由东风12型手扶拖拉机、螺旋轴组合、立柱式双头变螺距螺旋叶片、挡板组合、双输出减速器和主机架等组成；分析确定了该机的主要结构参数和性能参数：该机以小型农用拖拉机为动力，纯小时生产效率不低于80m／h，沟型为深度0．3m、宽度0．3m的矩形；同时，研制了一种专门用于土槽功能性试验的装置。(2)螺旋式开沟器力学特性分析及土槽功能性试验。

3、主要包含：1)分析确定了该开沟器核心部件——螺旋刀具螺旋面的成型及其展开算法；2)在理想化假设的条件下，建立了切削过程中土壤质点和螺旋刀具的运动学和动力学模型，开展了土壤质点的各向速度分解与各平面受力情况分析，并提出了其临界转速；3)分析研究了螺旋式果园开沟刀具几何参数和运动参数的匹配关系；4)开展了试验装置的高速数字化土槽试验平台的功能性试验，试验得出：选择前进速度为0．0278m／s，旋转速度为240r／min的工况时，立柱形螺旋式开沟器可开挖出宽为0．3m，深为0．10．0．35m的矩形沟渠，且

4、沟壁和沟底较其它开沟器平整，沟内回土少。(3)开展了基于ANSYS／LS．DYNA的螺旋式开沟器切削土壤的数值模拟。主要包含：1)分析确定了适应土壤切削模拟的MATl47(MATFHWASOIL)材料的本构模型及参数取值；2)建立了螺旋刀具切削土壤的有限元模型，并得出以下结论：基于ANSYS／LS．DYNA构建的螺旋刀具切削土壤的三维动力学仿真模型，能有效地揭示螺旋刀具切削土壤的工作过程；采用修正的DruckerPrager塑性模型作为土壤的有限元模型，适合于土体切削的显式动力学分析；通过对开沟过程中

5、切削能耗的分析计算得到切削的最大功率为3．7KW，该有限元模型可用于估算切削功耗值，以指导开沟机动力选型；同时，通过分析切削过程中螺旋叶片VonMisesstress变化规律及其力学特性，为螺旋刀具结构参数的确定提供依据。(4)开展了螺旋刀具切削土壤的模拟试验研究及参数优化。结合正交试验设计，并应用SAS软件，开展了前进速度v、旋转速度∞以及螺旋叶片的参数e等主要参数的回归分析及其回归方程的建立，并得出v和∞对功耗的影响是显著的，e对功耗的影响是极显著的。同时，为优化螺旋刀具的各项参数，以回归方程为目

6、标函数，以最低生产率、最大功耗、临界转速、抛土距离等方面的要求为约束，建立了主要参数的优化数学模型。利用MATLAB工具包针对设计实例开展了优化，得出当v。0．0278m／J，ko；1．2286圈，tg口。一0．1763，∞一13．9671rad／s时，达到最低的切削功耗为2．3836Kw。关键词：螺旋式开沟机；ANSYS／LS．DYNA；数值模拟；优化；设计；HABSTRACTTheorchardditchingisanimportantworkingprocedureforfertilizatio

7、nandimprovingthequalityoffruit．Itgenerallydigsrectangleditchesonbothsidesofeachfruittreewhosewidthanddepthisbetween0．3and0．4meters．Atpresent，thereisnotyettheditcherwhichadaptsthespecificoperatingenvironmentoftheorchardinchina．Theditchingoperationsaremos

8、tlycompleteddependingonmanpower,whichisbigworkintensityandlowefficiency．Basedontheactualdemandoforchard，inthispaper,anuprightcolumn·variablepitchspiralorchardditcherwasdesigned，andtheexperimentalresearchofnumericalsimulationwitht