推树机性能分析及结构优化研究

发布时间：2020-05-13 04:05

【摘要】：近年来,由于垦荒、森林开发和开辟农田等领域的需要,推树机等伐木机械越来越多地应用到林业生产中。推树机作业环境较为恶劣,主要为林木密集的伐木场或原始森林等,如东南亚热带雨林;同时,作业工况也较为复杂,作业时不仅考虑连根伐木作业工况,还需兼顾清理根系、土方平整及清除障碍等工况。因此,推树机在作业时往往会受到较大外载荷或冲击载荷作用。同时,推树机中构件的强度及构件之间的位置关系等对推树机的作业性能也有很大的影响。本文围绕某推树机的性能及结构优化进行了研究,以推树机械装置和机架为研究对象,采用理论计算与刚柔耦合仿真分析相结合的方法,对推树机的结构及动力学性能进行了分析;并在此基础上,借助MATLAB软件对推树机械装置结构进行了优化。本文研究的主要内容如下:1、分析了所研究内容的背景及意义,综述了树木根系锚固性能的研究现状,概述了机械优化设计的发展概况及应用,并给出了本文的研究目标及方法。2、结构分析部分:首先,确定了推树机械装置中各构件之间的连接关系,并对推树机械装置整体的运动性能进行了分析,通过各构件之间的关联关系,建立了关键连接点位置随提升油缸伸缩变化的数学关系;其次,在对推树架所受外力进行分析的基础上,对推树机械装置整体受力情况进行了分析。3、仿真及力学分析部分:在ANSYS中将顶推梁和机架柔性化,并将柔性体文件导入到Adams动力学模型中,建立推树机刚柔耦合仿真分析模型,设置相关参数,之后进行仿真分析,得到了顶推梁和机架所受应力出现极值时的分布云图。在此基础上,建立了顶推梁和机架左右梁等主要构件在危险截面处所受应力的力学分析模型。4、优化设计部分:以推土板与提升油缸铰接点坐标为设计变量,以顶推梁和机架等构件满足强度要求、提升油缸行程限制及提升油缸与横拉杆之间无运动干涉等为约束条件,以顶推梁和机架左右梁在满足强度要求的前提下危险截面处所受应力值较小且加权值最小为目标函数;并基于遗传算法对推树机械装置结构的数学模型进行求解。5、仿真分析部分主要是对推树机械装置结构优化前后推树机中的顶推梁和机架进行刚柔耦合仿真分析。通过对推树机械装置结构优化前后主要构件的仿真结果进行对比可知:与原模型相比,推树机械装置结构优化后顶推梁和机架所受应力极值均有不同程度的减小;左右顶推梁和机架所受应力极值分别由优化前的281MPa、273MPa和233MPa减小为277MPa、266MPa和179MPa,降幅分别为1.4%、2.5%和23.1%;同时,优化后各构件所受应力均小于材料相应的屈服极限,说明优化有效。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S776

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