基于有限元技术的旋耕机设计与工作部件仿真研究

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轻型旋耕机是主要针对丘陵山地的工作机械,比较适合云南地区使用,随着有限元技术的发展,传统的设计技术手段已经不能满足经济快速发展的要求。在计算机技术和建模技术飞速发展的今天,基于有限元技术的旋耕机传统设计与刀仿真研究主要是对易损工作部件旋耕刀的模态分析、静力学分析和旋耕刀切土动力学过程分析。以旋耕机为研究对象,通过对旋耕机进行创新的理论设计,这种设计包括具体的旋耕刀参数尺寸、刀轴强度的校核、刀片的排列顺序、整机的尺寸设计、各零部件的选择和能耗,以及旋耕刀的模态分析、静力学分析、切土动力学分析等等。在针对刀的模态分析中,主要是验证在经验设计中选择的刀在耕作的过程中是否会出现共振,是否会出现断裂,结果显示在正常耕作的过程中,不会出现因共振进而出现断裂的情况。在静力学分析中,刀的静应力集中出现在刀尾端,在应力云图中表现为红色的区域,通过改变尾端角度,950改为105°,仿真后发现红色区域明显减小,因此尾端角度的修改是有效的。针对刀切土动力学过程分析中,通过单一因素变量法,以整个模型的能耗作为判断模型优劣的标准。刀分不同的入土角,在入土角度为105°时出现最小的能耗,同时比传统设计中的120°入土角的能耗减少39.6%。刀分不同弯折角度切土,整体能耗平稳,但是在30°~40°和50°~60°之间出现能耗下降趋势,同时验证了传统设计中的37°弯折角,比30。弯折角的能耗减少28.9%,而40°相对于37°能耗减少了31.5%,所以建议旋耕刀选择弯折角度为40°。在实习工作中,对于旋耕机的设计,首先根据要求,应用市场上较成熟的技术对老式旋耕机进行改进设计,其次是依据理论对于关键部件刀进行仿真分析,最后是现场试验,这就是本论文主要解决旋耕刀切土问题,同时也为以后理论研究提供一些依据。
摘要第6-7页
Abstract第7-8页
第一章 绪论第11-17页
    1.1 选题背景及意义第11-12页
    1.2 国内现状第12-14页
    1.3 国外现状第14-15页
    1.4 我国未来旋耕机的展望第15-16页
    1.5 本章小结第16-17页
第二章 技术路线与研究方法第17-29页
    2.1 研究内容和路线第17页
        2.1.1 研究内容第17页
        2.1.2 所运用的技术路线第17页
    2.2 研究方法第17-27页
        2.2.1 传统的方法第18页
        2.2.2 有限元的方法第18-25页
        2.2.3 土壤第25-27页
    2.3 本章小结第27-29页
第三章 旋耕机的传统设计第29-47页
    3.1 传统的理论和经验设计第29页
        3.1.1 中间链传动结构方案的设计第29页
    3.2 主要结构、参数的设计与选择计算第29-32页
        3.2.1 耕深L与刀滚半径R_1第29页
        3.2.2 机组前进速度V_1第29-30页
        3.2.3 刀片的运动参数P、λ和n刀第30-31页
        3.2.4 功率以及耕幅宽度的计算第31-32页
    3.3 旋耕刀滚的设计第32-34页
        3.3.1 弯刀结构参数的确定第32-33页
        3.3.2 刀座间距b'和弯刀总数Z'的设计计算第33页
        3.3.3 弯刀在刀轴上的优选排列设计第33-34页
    3.4 双油封和挡草圈的设计第34-35页
    3.5 总体结构的布置和设计第35-36页
        3.5.1 总体结构第35页
        3.5.2 总体布置的设计第35-36页
    3.6 链传动的设计与计算第36-39页
        3.6.1 链传动设计计算第37-38页
        3.6.2 链轮设计与计算第38-39页
    3.7 主要零部件的强度计算第39-44页
        3.7.1 传动链的强度和磨损计算第39-40页
        3.7.2 传动轴的强度计算和疲劳强度计算与校核第40-44页
    3.8 纯生产率和耗油量的计算第44-45页
        3.8.1 旱地耕作的生产率和油耗第44-45页
        3.8.2 水田耕作的生产率和油耗第45页
    3.9 小结第45-47页
第四章 建模与仿真分析第47-67页
    4.1 仿真软件简介第47-48页
        4.1.1 有限元的发展史及简介第47页
        4.1.2 ABAQUS软件功能筒介第47-48页
    4.2 建模第48-65页
        4.2.1 部件绘制和整机装配第48-51页
        4.2.2 易损部件旋耕刀和刀轴建模分析第51-54页
        4.2.4 旋耕刀的静力学分析第54-55页
        4.2.5 旋耕刀的模态分析第55-61页
        4.2.6 刀与土壤同时导入和动力学仿真第61-65页
    4.3 本章小结第65-67页
第五章 总结与展望第67-69页
    5.1 总结第67页
    5.2 问题与展望第67-69页
致谢第69-71页
参考文献第71-75页
附录A:本人在攻读硕士学位期间的科研情况及社会工作第75-77页
附录B:实习一年的部分附图第77-79页
附录C:部分INP文件代码第79-80页
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