林木枝丫压缩特性及其车载式压缩打捆装置研究

发布时间：2018-02-16 15:20

本文关键词： 林木枝丫压缩特性压缩仓打捆机动力学特性　出处：《东北林业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：大力发展可再生能源是我国能源战略的重要内容,是实现我国能源可持续发展的必由之路。林业生物质资源是重要的可再生资源,我国开发和利用林业生物质资源具有巨大优势。本论文基于《全国林业生物质能发展规划2011-2020年》和《全国林业机械发展规划(2011-2020年)》中的重点研发山场移动式枝丫收集、打捆、压缩运输装备的方向,依托中央高校博士研究生自主创新基金项目和国家林业局"948"项目,提出林木枝丫压缩特性试验及研究分析方法,在林木枝丫打捆机关键装置压缩仓的数字化设计及分析、打捆机样机设计及制造、林间试验检测等几个方面开展研究。本文选取樟子松、丁香及桉树三种南北方常见的林木枝丫作为试验材料,利用电子万能试验机进行林木枝丫压缩特性的试验与研究,并提出其压缩特性的理论分析方法；应用SPSS数理统计分析软件构建林木枝丫材在压缩过程中所受的压强与压缩位移、压强与压缩密度、压缩密度与体积模量的数学模型；通过优化分析分别确定林木枝丫试材的最佳压缩密度值及相应最佳压强值,并确定作用于压缩仓关键部件的最大压强值0.24MPa作为设计参数。结合国内外森林工业装备现状及发展趋势,根据森林采伐运输作业系统的实际环境和条件,提出车载式林木枝丫打捆机压缩仓的主要技术要求和设计参数；确定压缩仓的结构组成及工作原理,并应用Pro/E软件构建压缩仓三维模型及整机装配模型,完成压缩机构的运动学分析和干涉检查。应用ADAMS动力学分析软件对压缩仓的关键部件和驱动液压油缸进行运动学和动力学特性研究分析；应用最大压强值及压缩部件的面积确定所施加的最大压力为900kN,建立了压缩仓ADAMS动力学特性分析边界条件；获得不同压缩部件的液压油缸的最大载荷分别为490kN,180kN和230kN；对压缩仓侧推板的角位移、角速度和角加速度的动力学特性进行分析,研究结果表明,压缩部件在整个摆动运动过程中加速度运动变化较小,但在摆动运动的启停瞬间,加速度会发生突变,存在骤然启停特性。研究结果为压缩仓的设计及辅助的液压系统设计提供了数据支撑,为后续的ANSYS有限元分析压缩仓关键部件的强度、刚度、振动模态提供了边界条件。应用ANSYS有限元分析软件对车载式林木枝丫打捆机压缩仓的关键部件进行静力学和振动模态分析；分析变形、正应力、剪切应力、弹性应变、应变能密度等状况,探索了压缩仓关键部件的固有频率及振型的相应变化规律。研究结果表明,在压缩部件所受最大载荷工况下,压缩仓的结构强度、刚度均满足设计要求；获得压缩部件的前20阶固有频率及振型的相应变化规律,揭示了其工作系统的动力学特性,验证了车载式林木枝丫打捆机的压缩仓不会发生共振现象。以压缩仓的设计研究结果为主体,应用现代设计方法制定车载式林木枝丫打捆机样机的工作原理并进行系统配置和选型设计,完成了样机制造；在林业生产基地进行车载式林木枝丫打捆机作业性能试验和主要技术参数检测；样机运转平稳,各项工序流程通畅；含水率36%的松树枝丫材压缩打捆作业生产率为12.8t/h,林木枝丫捆的长度和直径分别在3000-4400mm和600-800mm,枝丫捆重量540-850kg。压缩后的单位体积重量及圆柱外形与采伐作业系统中的原条木材相应参数值接近。检测结果表明,基于林木枝丫压缩特性试验中最佳压强值为主要设计参数的车载式林木枝丫打捆样机符合技术要求,其关键技术指标达到了预期研究目标,验证了林木枝丫压缩特性的数学模型及研究方法在实际工程设计上应用的正确性、实用性和可靠性。本文应用林木枝丫压缩特性试验的优化分析结果,探索了林木枝丫压缩装置及车载式林木枝丫打捆样机的设计方法；通过自主创新开发,获得适合我国国情、满足林业生物质产业链的发展需求、拥有完全自主知识产权的核心技术装备。为其它林业剩余物的压缩打捆装置提供理论基础、设计方法及参考数据；为构建林木枝丫材料收集运输的机械装备体系及相应行业标准的制定提供了理论指导和技术支持,具有较大的理论意义和现实意义。
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【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S776

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