试析链式开沟机设计研究及其caa

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1、华中农业大学硕士学位论文链式开沟机设计研究及其CAA姓名：周善鑫申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：廖庆喜20080601摘要开沟机在国外已广泛应用，我国除极少数引进国外的连续式开沟机外，国产开沟机投入使用的较少。近年来，我国开沟施工工程的规模越来越大，如基础建设施工开沟、光缆、电缆、管道铺设等方面都面临着巨大的开沟工作量。特别是在农业工程领域，果树施肥、农田开沟、蔬菜园开沟，都是用工量很大的作业，我国几乎都用人工完成。果园、农田、蔬菜园等作业对象体现出地表不平整、有杂草、树枝及石块、地下有树根等特

2、点，开沟条件比较恶劣，一般开沟机难以适应。因此研制适合我国土壤情况的开沟机，对提高开沟的效率、减少人力和物力资源的浪费、提高劳动生产率有重要意义。开沟机的开沟装置是其关键部件，而刀片是影响开沟质量、功耗和振动等的重要因素，因此有必要对开沟装置及刀片结构进行深入的研究分析。本文以开沟装置为研究对象，以功耗低、适应性强和可操作性好为目标，研究了一种适用于果园、农田、蔬菜园等环境、满足农艺要求的链式开沟机。论文主要工作包括：1．系统分析了国内外开沟机的发展现状、CAA在农业机械等领域的应用和链式开沟机的研究现状基础上

3、，确定了开沟机为回转链式开沟机。根据工作环境、农艺要求以及动力学分析结果，确定了沟宽、沟深、整机前进速度、链速、生产率、切土阻力、切削功耗、总功耗、比功、切削厚度等基本参数和整机的总体方案。2．开展了链式开沟机结构设计和试制。该机由挂接机构、传动机构和开沟装置等主要部件组成，同时，开展了链式开沟机的功能性试验。3．系统开展了链式开沟机的运动学与动力学分析，得出了刀片的运动轨迹，分析确定了影响开沟机刀片的切削阻力和切土功耗的要素，包括该机前进速度、链速、开沟装置与水平面之间的夹角、刀片结构形式等因素。构建了含运动

4、参数和刀片结构参数的开沟装置切土功率的数学优化模型；同时，使用MATLAB软件的fmincon函数对其进行求解，得到最优的设计参数：链条线速度vt一1．7m／s，刀片厚度t一0．005m，刀片后角，，，t80，此时功率P取得最小值，为1．26kw。4．应用光滑质点流体动力学(SPH)以及有限单元理论开展了链式开沟机刀片切削过程的虚拟仿真和试验研究，结合PRO／E、ANSYS等相关软件，建立了刀片与土壤SPH粒子相互作用的虚拟仿真模型。研究了土壤粒子在刀片作用下飞行、抛撒的运动状态，探讨了刀片切削土壤的动态过程，

5、得出了切削过程中刀片与土壤的等效应力与应变规律。通过虚拟正交试验建立了刀片厚度、后角以及绝对速度(链条线速度)等要素的回归方程，得出刀片厚度、后角和绝对速度都对切土功率有显著影响、刀片绝对速度是影响功耗的主要因素的结论。研究结果对揭示华中农监大学硬_上学位论文土壤．机器系统的作用机理、实现对切土功耗指标进行预测和控制、优化开沟装置和刀片相关参数以及减小阻力、降低功耗有重要的理论和实际意义。关键词：链式开沟机；CAA：SPH；设计；虚拟试验IlAbstractTrencherhasbeenwidelyusingi

6、nforeigncountriesandexceptafewoftrenchersfromforeigncountrydomesticditchershavebeenusinglessinourcountry．Inpresent，thescalesofditchingconstructionprojectsareincreasing．Forexample，thebasicconstructionditching，thelayingofopticalandelectriccableandpipelineeta1．

7、arefacingahugeditchingworkload．Especiallyintheagriculturalengineeringfields，fertilizationforfruittreesandditchinginfarmlandandvegetablegardenareneedgreatworkload，whichalmosthavebeencompletedbymanpowerinourcountry．Theworkobjectoforchards，farmlandandvegetableg

8、ardencharacterizethatthereareweed，treebranchesandstonesinthesurfacewhicharenotsmoothandtherearerootsintheunderground．Sogeneraltrenchersaredifficulttobeseasonedwiththecondition，whichispoor．Theref