蔗叶还田机柔性刀工作过程仿真研究

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1、学校代码：10564学号：2013206002分类号：S224.9密级：硕士学位论文蔗叶还田机柔性刀工作过程仿真研究徐振华指导教师：王玉兴教授学院名称：工程学院专业名称：机械电子工程答辩委员会主席：李志伟教授中国·广州2016年6月华南农业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：学位论文提交同意书本学

2、位论文符合国家和华南农业大学关于研究生学位论文的相关规定，达到学位授予要求，同意提交。导师签名：日期：学科带头人签名：日期：摘要本文以第二代蔗叶柔性刀切断还田机为研究对象，基于LS-DYNA有限元分析软件，运用ALE算法对蔗叶还田机柔性刀的工作过程进行了流固耦合的仿真运算。主要是针对不同的刀辊工作方式在工作过程中引起的自激风场的变化规律、蔗叶切断过程以及蔗叶切断过程中对甘蔗宿根的影响等展开仿真研究，并进行了相关的试验验证，检验仿真的有效性，为蔗叶还田机刀辊和导流罩的进一步优化提供依据。（1）开展了刀辊的不同工作方式下自激风场的仿真分析以及风场风速试验。通过对仿真结果的对

3、比分析，优选出两个刀辊同向顺时针旋转和主刀辊顺时针从刀辊逆时针旋转等两种工作方式。两个刀辊同向旋转的工作方式下，气流的运动主要集中在柔性刀的运动平面内，两个刀辊形成的气流在两个刀辊之间区域交汇，形成一个气流交汇面，并伴随有涡流的形成，导流罩两个出风口区域和两个刀辊之间地面附近的气流变化最规律，气流在导流罩左出风口和两个刀辊之间区域朝左上方向运动，在导流罩右出风口朝右上方向运动。主刀辊顺时针从刀辊逆时针旋转的工作方式下，两个刀辊形成的气流在两个刀辊之间的导流罩顶部附近区域交汇，气流相互冲击发生削弱，气流交汇后向下运动，气流到达地面后强度已减小，近地面的风速值在刀辊的所有工

4、作方式中最小，气流变化在导流罩左右两个出风口最规律，在导流罩左出风口区域气流运动方向为左上方向，在导流罩右出风口区域气流运动方向为右上方向。同时，采用热线式风速仪对地面附近区域的两个刀辊之间区域和导流罩左右出风口进行测量。将仿真数据和试验数据对比，两者虽然存在较大的差值，但是变化趋势相似，仿真结果具备一定的合理性。（2）开展了蔗叶还田机的切叶过程仿真研究，并使用高速摄影设备对切叶过程进行了拍摄。通过对两个刀辊同向顺时针旋转和主刀辊顺时针从刀辊逆时针旋转工作方式下蔗叶切断过程仿真结果的对比分析，得到主刀辊顺时针从刀辊逆时针旋转的工作方式是最优的，在此工况下，蔗叶被切断后会

5、向导流罩左右两个出风口运动并排出，但是也存在蔗叶排出受阻，会被柔性刀带入导流罩内引起缠绕的问题。同时，使用高速摄影设备对刀辊不同工作方式的切叶过程进行了试验，观察到了与仿真类似的蔗叶切断后的运动情况，验证了仿真的有效性。（3）开展了蔗叶切断过程中柔性刀对甘蔗宿根影响情况的仿真研究。仿真结果表明：蔗皮的最大应力值为2.68MPa，蔗芯的最大应力值为0.57MPa，所受应力小于I甘蔗基部材料的压缩强度，柔性刀不会造成甘蔗宿根破头等伤害。最后，通过土壤应力传感器采集到柔性刀击打地面的应力参数，并提取仿真土壤模型中对应位置单元的应力数据进行对比，检验了仿真模结果的有效性。关键词

6、：蔗叶还田机；计算机仿真；有限元法；自激风场；蔗叶；甘蔗宿根IISimulationResearchonWorkingProcessofFlexibleCutterofaSugarcaneLeafCuttingandReturningtoFieldMachineXuZhenhua(CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)Abstract:Thispapertookthesecondgenerationofthesugarcaneleafcuttingandre

7、turningtofieldmachineastheresearchobject.BasedonthearbitraryLagrangian-Eulerian(ALE)method,afluid-structureinteractionsimulationofflexiblecutter’sworkingprocessofthesugarcaneleafcuttingandreturningtofieldmachinewascarriedout,exploitingthefiniteelementsoftwareLS-DYNA．Thesi