电动微型设施农业作业机械研发

发布时间：2020-08-03 16:05

【摘要】：我国设施农业起步比较晚,但经过近些年的大力发展规模不断扩大,已经在我国大部分农村地区得到有力的推广。截止2014年,我国温室设施面积高达410.9万公顷,占据全世界设施栽培面积的85%以上,总面积和产量均位居第一位。尽管在规模和面积上已很大,但设施主要是低成本的简易设施,设施内的机械化作业水平还比较低,大多数的作业仍是手工操作,工作效率不高劳动强度较大。且现有的作业机械大多以柴油机和汽油机为动力,排放的废气会造成设施内的环境污染。而在当前新常态的发展环境下,人们的环保意识逐渐提高,人工成本也逐年攀升,这对设施内的机械化作业提出了新的要求。所以,针对以上情况设计并研制了适用于国内低成本设施的电动微型作业机械。主要内容包括以下几个部分:1.电动微型设施农业作业机械的整机设计与动力选型分析。为解决简易、低成本的农业设施所带来的机械作业工作条件和结构空间的局限性问题,提出了整机基于开放式结构和传动的设计方案。具体表现在可采用不同形式的传动单元在不同位置上与.多种机具配套,且整机主体简易,拆卸换装快速,运输存储方便。确定一种传动形式的整机设计结构并提出结构性能参数和设计要求,进行电动机动力的选型工作,使其满足不同作业工况下的动力要求。应用变频调速技术于单相电动机,达到简化整机和适应农业设施条件的目的。对配备变频器的电动机动力系统进行调速试验,结果表明调速性能可实现低频段恒转矩调速、高频段恒功率调速。2.电动微型设施农业作业机械主要部件的选型、分析和设计。分析计算传动单元合适的传动比,确定传动单元的选型并校核输入输出轴。确定作业机械旋耕工作时的部件及其运动参数。即确定旋耕刀片的类型,刀刃的参数,旋耕刀片排列及刀轴刀座的参数。在满足安装和工作要求的条件下,对机架部分进行简洁的设计。采用CATIA软件完成作业机械各个部件的设计并进行整机的虚拟装配。3.电动微型设施农业作业机械刀轴和机架部件的力学性能分析。利用有限元分析方法,采用ANSYS软件分别对刀轴和机架进行力学性能分析。通过3D表面效应单元SURF154对刀轴施加抽象的扭矩载荷,该方法直观准确有效;在两种不同的作业工况下对整机进行受力分析,得出作用在机架上的力,再仿真研究机架的力学性能。结果表明刀轴和机架重要部件在作业时材料的应力和变形都小于材料的许用值范围,从理论的角度确保作业机械在工作时是安全可靠的,符合设计要求。4.电动微型设施农业作业机械旋耕作业的性能研究。依据三维设计的整机模型导出二维图完成样机的制造,对旋耕作业时的工况进行实地耕作试验。以作业后的耕作深度和碎土率为响应指标,调节变频器的频率为作业试验因素开展试验。根据试验直接测得的数值,对平均耕深、碎土质量、经济性等各项性能指标进行分析计算。结果表明电动微型设施农业作业机械旋耕工作时的最大平均耕深为11.56cm,碎土率为82.5%,满足设计要求。耗电量约为44kW.h/hm2相较与同功率的燃油旋耕作业机械具有较好的经济性能。
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S22

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