链式开沟机开沟装置的设计及有限元分析

发布时间：2016-11-12 09:24

  本文关键词：有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2013年

链式开沟机开沟装置的设计及有限元分析

武添松  

【摘要】：链式开沟机因其兼顾高效、节能及实用等多方面的特点，已经成为当今新型的开沟机械。开沟装置作为链式开沟机最为重要的组成部分，其性能的好坏直接影响着开沟机整机的工作效率。目前我国生产的链式开沟机仍然处在效仿国外产品的阶段，自主研发能力匮乏，与国外同类产品仍有着较大差距。在这种背景下，本文以自行设计的链式开沟机的开沟装置作为研究对象，围绕链式开沟机的开沟装置进行了如下研究： 首先在了解链式开沟机基本结构的基础上，对开沟装置的工作原理进行研究分析。根据施工要求确定链式开沟机的结构参数及运动参数。对链式开沟机的开沟装置进行运动学和动力学分析，，并由经验公式计算出开沟链的链刀在切削土壤时所受到的阻力。在确定链式开沟机基本参数的基础上，对开沟装置的关键部件进行设计，主要包括开沟链、工作臂和螺旋排土器等零部件的结构设计。利用大型三维造型软件UG完成开沟装置各主要零部件的三维造型，通过零件组装，完成装配，装配后的各零部件不相互发生干涉。 通过有限元分析软件ANSYS Workbench对链式开沟机的开沟装置进行线性静态结构分析。通过建立有限元模型，完成网格划分，施加载荷和约束后求解得出有限元分析结果，并进行分析，得到了链式开沟机开沟装置的应力、应变和变形等分布规律。分析结果显示本文所设计的链式开沟机，其开沟装置危险点的最大等效应力远小于材料的屈服极限，并且整个结构的最大变形量很小，因而开沟装置是符合强度和刚度要求的。 进一步利用有限元分析软件ANSYS Workbench对链式开沟机的开沟装置进行结构动力学分析，包括模态分析和谐响应分析。首先对链式开沟机的开沟装置进行模态分析，获得开沟装置的各阶固有频率及相应的各阶振型。考虑到链条传动时具有运动不均匀的特性，随后对链式开沟机的开沟装置进行谐响应分析，得到开沟装置的应力频率响应曲线和位移频率响应曲线。分析结果显示本文设计的开沟装置的工作频率避开了其自身的固有频率，能有效防止结构共振的发生，同时动力学分析也为扩大开沟机的工作频率范围提供了依据，为以后开沟装置的优化提供了保证。 为进一步研究链式开沟机开沟链的切削机理，掌握链刀与土壤切削过程所受到的阻力，本文还借助数字化室内土槽试验测试了本文设计的圆弧型链刀在不同切削速度下切削阻力的变化情况，通过试验，验证理论计算结果。结果表明，开沟装置所受到的牵引阻力随着时间的推移，逐渐增加，最后趋于稳定值。开沟装置受到的牵引阻力随着开沟速度的增加而逐步增大，但开沟速度对牵引阻力的影响较小。最后对试验结果与本文理论计算结果对比分析，讨论误差。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S222.52
【目录】：

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