多功能森林抚育伐木头的机械设计与专利挖掘

发布时间：2017-10-21 15:03

  本文关键词：多功能森林抚育伐木头的机械设计与专利挖掘

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【摘要】：一方面,我国森林资源紧缺,森林抚育工程越来越得到国家、地区政府的大力支持,然而欧美伐木头不适合我国的抚育采伐,国内的抚育采伐工具功能单一、效率低下。另一方面,过去30年,中国知识产权的发展成就卓越,现已跻身成为世界最大的知识产权生产国,但是机械领域的研究设计一般止步于研究成果的完成阶段,缺少对研究成果进行专利挖掘的内容,大多数学术科研者缺少对研究成果的专利挖掘能力,不能自主提炼创新点进行专利申请,此外当前国内关于森林抚育伐木头的专利甚少。因此,设计一种适合我国林区的多功能森林抚育伐木头并且对其进行专利挖掘具有重要意义。主要研究内容：(1)结构参数设计：经过对国内外采伐机械的研究,总体设计多功能森林抚育伐木头的整体结构、性能特点、功能原理。通过对抚育林区的测量,确定伐倒木的参数。运用一般步骤和类比方法对主要结构和整体参数进行设计。(2)建立虚拟样机：先根据多功能森林抚育伐木头的参数,使用PRO/ENGINEER Wildfire 5.0建出零部件模型,然后把零部件模型装配成虚拟样机,最后使用KeyShot对本设计进行渲染。(3)运动分析：对多功能森林抚育伐木头的主要零部件进行速度、加速度分析,得出分析结论,同时计算各个零部件的摆角范围和活动空间(4)有限元分析：推算U形架四面体单元的位移函数、应变与应力函数、刚度矩阵方程、等效节点力函数,然后对U形架进行静力分析,输出应力云图和位移云图,校核其强度和刚度。(5)专利挖掘：使用创新点发现法对多功能森林抚育伐木头进行专利挖掘,分别获得进料辊、辅助夹抱装置、传动片的设计内容和专利文件。研究结果表明：(1)多功能森林抚育伐木头的结构满足设计要求。(2)虚拟样机具有与物理样机相当的功能真实度,并且能够进一步运动分析；产品效果图能表达设计思想,达到照片级输出的要求。(3)多功能森林抚育伐木头各装置的工作状况、摆角范围、活动空间能实现所需功能,并且模拟过程验证了抚育采伐具有可行性。(4)U形架四面体单元是合理的有限元单元；U形架受到的最大节点应力是132MPa,小于许可屈服强度161.4MPa,满足强度要求；U形架的最大节点位移仅仅为0.959mm,数值接近于0,显然满足刚度要求。(5)经过专利挖掘,进料辊增大与伐倒木的接触面积,提高夹抱稳定性,添加缓冲装置,提高进料稳定性,并被授予专利权(专利号：ZL201420178943.9)；辅助夹抱装置添加关节式爪具,一次作业循环能针对多棵小树完成抚育工作,提高工作效率,并被授予专利权(专利号：ZL201420732599.3)。(3)传动片熔合硬质金属构件,提高了通孔及其顶部的强度和耐磨性,并被授予专利权(专利号：ZL201520201508.8)。
【关键词】：森林抚育 伐木头 机械设计 专利挖掘
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S776
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 研究目的及意义12-13
• 1.3 国内外森林采伐装备的研究现状13-18
• 1.3.1 国外研究现状13-16
• 1.3.2 国内研究现状16-18
• 1.4 主要研究内容18-20
• 1.5 研究技术路线20
• 1.6 创新点20-21
• 1.7 本章小结21-22
• 2 多功能森林抚育伐木头的结构设计22-41
• 2.1 总体方案设计步骤及内容22-23
• 2.1.1 设计步骤22
• 2.1.2 设计内容22-23
• 2.2 多功能森林抚育伐木头的总体参数23-25
• 2.2.1 作业要求23-24
• 2.2.2 运动功能的特性24
• 2.2.3 自由度24-25
• 2.3 森林抚育林区测量分析25-28
• 2.4 夹抱除枝刀的结构设计28-29
• 2.4.1 特征28
• 2.4.2 结构设计28-29
• 2.5 进料辊的结构设计29
• 2.5.1 特征29
• 2.5.2 辊的参数29
• 2.6 测量轮的结构设计29-30
• 2.7 链锯的结构设计30-39
• 2.7.1 链锯选型30-32
• 2.7.2 锯导板的选型32
• 2.7.3 锯链的选型32-33
• 2.7.4 传动片的齿廓优化33-39
• 2.8 多功能森林抚育伐木头整体参数39-40
• 2.9 本章小结40-41
• 3 多功能森林抚育伐木头的建模装配及渲染41-52
• 3.1 CAD设计介绍41
• 3.2 Pro/ENGINEER软件41-42
• 3.2.1 简介41
• 3.2.2 建模方法和准则41-42
• 3.3 多功能森林抚育伐木头的建模42-47
• 3.3.1 主体架建模42-44
• 3.3.2 夹抱除枝刀和大圆弧除枝刀建模44-45
• 3.3.3 进料辊建模45-46
• 3.3.4 链锯建模46
• 3.3.5 其他建模46-47
• 3.4 多功能森林抚育伐木头的装配47-50
• 3.4.1 进料辊的装配47-48
• 3.4.2 链锯的装配48-49
• 3.4.3 测量轮的装配49
• 3.4.4 液压缸的装配49
• 3.4.5 整体的装配49-50
• 3.5 多功能森林抚育伐木头的渲染50-51
• 3.5.1 渲染及KeyShot简介50-51
• 3.5.2 KeyShot渲染过程51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 多功能森林抚育伐木头的运动分析52-68
• 4.1 运动分析简介52
• 4.2 多功能森林抚育伐木头初始状态52-53
• 4.3 主体架53-55
• 4.3.1 总体运动特征53-54
• 4.3.2 运动学分析54-55
• 4.4 夹抱除枝刀55-58
• 4.4.1 总体运动特征55-57
• 4.4.2 运动学分析57-58
• 4.5 进料辊58-60
• 4.5.1 总体运动特征58-59
• 4.5.2 运动学分析59-60
• 4.6 大圆弧的运动分析60-62
• 4.7 链锯的运动分析62-63
• 4.8 测量轮的运动分析63-64
• 4.9 运动包络和摆角总结64-65
• 4.10 抚育采伐仿真模拟65-66
• 4.11 本章小结66-68
• 5 多功能森林抚育伐木头的有限元分析68-80
• 5.1 ANSYS软件68
• 5.1.1 简介68
• 5.1.2 典型分析过程68
• 5.2 有限元分析对象的确定68
• 5.3 U形架的四面体单元的理论分析68-74
• 5.3.1 单元的位移函数69-71
• 5.3.2 单元的应变与应力71-72
• 5.3.3 单元的刚度矩阵72-73
• 5.3.4 单元的等效节点力73-74
• 5.4 U形架的有限元静力分析74-78
• 5.4.1 静力分析基础74
• 5.4.2 材料确定74
• 5.4.3 单位类型74-75
• 5.4.4 导入模型75
• 5.4.5 网格划分75
• 5.4.6 约束载荷75
• 5.4.7 分析结果75-78
• 5.5 本章小结78-80
• 6 多功能森林抚育伐木头的专利挖掘80-92
• 6.1 专利挖掘80-81
• 6.1.1 概述80
• 6.1.2 总体要求80
• 6.1.3 方法80-81
• 6.2 专利文件基础81-82
• 6.2.1 专利文件组成81-82
• 6.2.2 权利要求书撰写方法82
• 6.3 多功能森林抚育伐木头的专利挖掘82
• 6.4 提取伐木头的创新点82-83
• 6.5 进料辊的专利挖掘83-87
• 6.5.1 设计发明内容83-85
• 6.5.2 专利文件撰写分析85-87
• 6.6 U形架的专利挖掘87-89
• 6.6.1 发明内容87-89
• 6.6.2 权利要求书89
• 6.7 传动片的专利挖掘89-90
• 6.7.1 发明内容89-90
• 6.7.2 权利要求书90
• 6.8 本章小结90-92
• 结论92-93
• 参考文献93-98
• 攻读学位期间发表的学术论文98-99
• 致谢99-100

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