植树机动臂机构的参数优化设计及其铲片减阻技术研究

发布时间：2020-06-10 23:41

【摘要】：随着我国经济水平的提高,即将进入全面的小康社会,对花卉苗木的消费需求也会增加。苗木移栽劳动强度大,国内苗木移栽只是在挖穴环节有适用的机器,挖树环节则主要依赖人工,购买国外植树机价格昂贵,成本较高,致使植树机在国内难以普及;目前国内有少数企业在研制植树机,但由于技术条件的限制,这些植树机普遍工作效率较低,功耗较大,我国的植树机技术有待进一步提高。基于以上情况,本文以减小现有植树机整机功耗,增强适用性和灵活性为目标,重点研究了植树机铲片切削土壤过程中的受力情况,仿照土壤动物步甲大颚体表形状设计了新型仿生非光滑铲片;分析了植树机动臂机构工作时受力情况,以此为基础对动臂机构进行了多目标参数优化设计,得出动臂机构的最优尺寸。本文主要的研究内容如下:1)建立植树机铲片和土壤有限元模型,运用ANSYS/LS-DYNA软件仿真铲片切削土壤的动态过程,分析铲片的受力情况,在铲片的入土角为60°~85°时,分别计算铲片切削土壤时所受阻力大小,对计算结果进行对比分析,确定铲片的最佳入土角为83°。2)仿照土壤动物步甲大颚体表形状设计新型仿生非光滑铲片,即在普通铲片表面设计球冠形凸起,建立仿生铲片和土壤有限元模型,通过ANSYS/LS-DYNA软件虚拟仿真计算,在入土角不变的情况下,研究凸起高度、大小和凸起间距对铲片受力的影响,确定最佳的凸起高度为4mm,直径为14mm,间距为28mm,且仿生铲片与普通铲片相比有效减小阻力13.88%。3)研究植树机动臂机构的传动原理,通过分析动臂机构工作时的受力情况,分别建立植树机动臂机构的运动学模型和动力学模型,求解动臂机构各铰链点的瞬时受力大小,并列出液压缸在工作过程中的做功计算模型。4)以移树过程中液压缸的做功最小和动臂末端沿着前进方向轨迹摆动量最小为目标,以动臂的结构空间和工作空间、运动时不发生干涉以及构件间传动角要求等为约束条件,以动臂机构中若干构件和各铰链点间距离为设计变量,建立植树机动臂机构参数优化模型。运用MATLAB软件编写优化程序,计算得出动臂机构各杆件的优化尺寸。5)根据优化设计结果研制仿生铲片和动臂机构,并安装在植树机样机上进行园间挖土试验,对比分析试验结果,仿生铲片与普通铲片相比有效减小阻力11.11%,与仿真结果基本吻合,证明了本文研究的有效性和可靠性。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S776.263

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本文编号：2707040