苹果枝条锯切力学试验仿真与探究
发布时间：2021-07-13 12:24
本文以苹果树修剪设备的关键部件圆锯片为研究对象,为探究锯片在锯切苹果枝条过程中的受力规律,设计搭建了枝条锯切试验台并依托ABAQUS软件为基础构建了合理的枝条锯切模型。锯切试验台可模拟苹果枝条修剪过程中锯片的受力状态,完成数据采集与分析,通过单因素试验与多因素正交试验,探究了锯切速度、进给速度、枝条直径在一定范围内的变化对锯切力的影响趋势,并探究不同含水率的枝条对锯切力的影响。利用ABAQUS软件对锯片锯切苹果枝条的过程进行了显式动态数值模拟仿真。以文献为基础,从建模、网格划分、选择材料本构模型到求解过程进行探索,最终建立了合适的锯切系统有限元模型。通过实验与仿真互相对比,印证了实验结果的合理性与准确性。通过有限元分析,在锯切速度20～50m/s、进给速度300～1500mm/s和枝条直径10～40mm的变化范围内,探究了单因素变化对锯切力的影响趋势,并利用正交试验探究了各因素对锯切力的影响程度。进行多组有限元仿真结果比对探究最适宜的锯切参数,最终确定在进给速度900mm/s、锯切速度50m/s时锯切力最小,锯切受力状况最合理。
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
小型往复式修剪设备Figure1.1Mini-typetrimmingequipment
苹果枝条锯切力学试验仿真与探究8图1.2双边齐切柑橘修剪机Figure1.2Bilateralcutcitruspruningmachine国内修剪机起步晚，近十年来在设备种类、功能等多个方面进步明显，但是与国外相比仍然有较大差距，在自动化、高校环保、安全可靠等方面还有许多问题亟待解决，进步空间还有很大（徐文玉，2017）。不难看出，对于较为高大的果木，国外设计的用以整株几何修剪的大型设备往往采用圆盘锯锯切的方式进行剪枝，这是因为相比于往复切断和圆盘刀式切割分别存在切割效率低、切割效果差和对作物破坏严重的缺点，锯盘式切割器的优点主要有结构简单、工作平稳、可靠性好、适应性强等，在苹果树剪枝过程中尤为重要（M.O.Faborode，1987）。木工锯片横向锯切树枝，具有切口孝平整光滑且不留残桩、有利于切后愈合等优点，同时锯片锯切枝条直径范围大，符合果树园艺切口要求。因此，锯切式剪枝是国内外树木修剪机械的主要发展方向。但是同时，圆锯片切割也存在锯片刀具磨损大的缺点，所以，对苹果枝条进行力学分析，探究其在锯切时的力学特性，有利于优化苹果枝条的锯切参数，能够降低锯切过程的功耗，提高锯片的使用寿命，同时该研究对于苹果枝条锯切设备的研发与使用也具有重要意义。1.4研究方法与内容以国内外锯切机理研究现状作为基础，在现有的锯切机理研究与苹果枝条力学性能研究的基础上，设计加工出一台苹果枝条的锯切试验台，能够收集枝条在锯切过程中的受力情况。针对我国常见苹果品种的枝条进行研究，以优化锯切力和锯切刀口质量为主要研究目标，分析出不同直径、含水率、锯切速度、进给速度等因素对锯切能耗、锯断效果和锯切力的影响，为苹果枝条修剪设备的设计研究提供一定的数据参考和理论基矗同时，通过查阅文献资料，全面了解当今林木
苹果枝条锯切力学试验仿真与探究12（c）左右齿(c)Leftandrightteeth图2.1三种不同齿形Figure2.1Threedifferenttoothshapes不同的齿形使用有不同的用途，梯平齿的锯片多用于铝型材、铝板的切削；平齿一般用于木材、铝材开槽；左右齿型锯片便于切断木质纤维，因此多用于木材加工。所以本文试验使用左右齿锯片进行。高速木材切削多使用硬质合金锯片进行，该锯片在结构上较普通圆锯片多了降声槽、热胀槽等结构，具体结构构成如图2.2所示：图2.2锯片构成Figure2.2Sawbladeconstruction1-合金刀头；2-基体；3-刃厚；4-基体厚b；5-前角；6-后角；7-横向前角；8-倒后角；9-顶角；10-侧面向心角；11-外径；12-内径；13-伸缩缝；14-静音防振线；15-消音散热铜钉其中，与切屑接触的锯齿面为前刀面，与之相对的面为后刀面，前、后刀面之间的交线即为主刀刃（王雨晨，2019）。刀刃楔角是评价刀具刀刃是否锋利的标准，其在结构上是前刀面与后刀面间的夹角，一般来说楔角越小，刀刃越锋利但是强度也越差，楔角越大刀刃越钝但强度增强。前角γ由前刀面与切削平面垂直基面所围成，切
【参考文献】：
期刊论文
[1]探析苹果树矮化密植丰产栽培技术要点[J]. 赵志光. 新农业. 2019(24)
[2]农业机械现代化发展的重要性及发展策略分析[J]. 徐彬. 吉林农业. 2019(17)
[3]苹果产业发展探究[J]. 韩艺. 农村.农业.农民（B版）. 2019(07)
[4]建平县盛果期苹果树整形修剪关键技术[J]. 高丽凡. 现代农村科技. 2019(07)
[5]农业机械化发展问题与措施分析[J]. 王建锋. 农家参谋. 2019(10)
[6]果树枝条修剪机械装置设备研究进展[J]. 杨振,李建平,杨欣,王鹏飞. 现代农业科技. 2018(19)
[7]天然橡胶机械化采收锯切功耗影响因素试验[J]. 张春龙,盛希宇,张顺路,高金,袁挺,张俊雄,李伟. 农业工程学报. 2018(17)
[8]带夹持机构的锯切式苹果剪枝机设计[J]. 束钰,耿晓阳,宋月鹏,高东升,柳洪洁,王征. 中国农机化学报. 2018(08)
[9]果园机械化技术应用现状与发展趋势[J]. 郑树娜. 南方农机. 2018(14)
[10]苹果树整形修剪存在的问题及对策[J]. 王建勋,马少岐,李海瑞. 现代农业科技. 2018(13)
博士论文
[1]沙柳材切削加工性能研究[D]. 安珍.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]回转式多片锯灌木切断机的设计及试验[D]. 王雨晨.北京林业大学 2019
[2]速生林高效爬树修枝机优化设计与试验研究[D]. 田丰硕.山东农业大学 2018
[3]中国苹果生产成本效益分析[D]. 许志强.西北农林科技大学 2015
[4]灌木平茬机的设计及试验研究[D]. 刘金南.南京林业大学 2014
[5]基于MATLAB的开槽圆锯片结构优化设计[D]. 孙迎建.河北工业大学 2014
[6]基于ANSYS/LS-DYNA的圆锯片锯切过程仿真研究[D]. 蒋连琼.广西大学 2013
[7]往复切割器式灌木平茬机切割力的研究[D]. 陈诚.北京林业大学 2011
[8]基于正交实验的花岗石高效锯切技术实验研究[D]. 李希朝.山东大学 2010
[9]轴类零件轧制有限元数值模拟[D]. 张庆恒.河北工程大学 2010
[10]花岗石高效锯切加工技术实验研究[D]. 郑春英.山东大学 2010
本文编号：3282057
【文章来源】：北京林业大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
小型往复式修剪设备Figure1.1Mini-typetrimmingequipment
苹果枝条锯切力学试验仿真与探究8图1.2双边齐切柑橘修剪机Figure1.2Bilateralcutcitruspruningmachine国内修剪机起步晚，近十年来在设备种类、功能等多个方面进步明显，但是与国外相比仍然有较大差距，在自动化、高校环保、安全可靠等方面还有许多问题亟待解决，进步空间还有很大（徐文玉，2017）。不难看出，对于较为高大的果木，国外设计的用以整株几何修剪的大型设备往往采用圆盘锯锯切的方式进行剪枝，这是因为相比于往复切断和圆盘刀式切割分别存在切割效率低、切割效果差和对作物破坏严重的缺点，锯盘式切割器的优点主要有结构简单、工作平稳、可靠性好、适应性强等，在苹果树剪枝过程中尤为重要（M.O.Faborode，1987）。木工锯片横向锯切树枝，具有切口孝平整光滑且不留残桩、有利于切后愈合等优点，同时锯片锯切枝条直径范围大，符合果树园艺切口要求。因此，锯切式剪枝是国内外树木修剪机械的主要发展方向。但是同时，圆锯片切割也存在锯片刀具磨损大的缺点，所以，对苹果枝条进行力学分析，探究其在锯切时的力学特性，有利于优化苹果枝条的锯切参数，能够降低锯切过程的功耗，提高锯片的使用寿命，同时该研究对于苹果枝条锯切设备的研发与使用也具有重要意义。1.4研究方法与内容以国内外锯切机理研究现状作为基础，在现有的锯切机理研究与苹果枝条力学性能研究的基础上，设计加工出一台苹果枝条的锯切试验台，能够收集枝条在锯切过程中的受力情况。针对我国常见苹果品种的枝条进行研究，以优化锯切力和锯切刀口质量为主要研究目标，分析出不同直径、含水率、锯切速度、进给速度等因素对锯切能耗、锯断效果和锯切力的影响，为苹果枝条修剪设备的设计研究提供一定的数据参考和理论基矗同时，通过查阅文献资料，全面了解当今林木
苹果枝条锯切力学试验仿真与探究12（c）左右齿(c)Leftandrightteeth图2.1三种不同齿形Figure2.1Threedifferenttoothshapes不同的齿形使用有不同的用途，梯平齿的锯片多用于铝型材、铝板的切削；平齿一般用于木材、铝材开槽；左右齿型锯片便于切断木质纤维，因此多用于木材加工。所以本文试验使用左右齿锯片进行。高速木材切削多使用硬质合金锯片进行，该锯片在结构上较普通圆锯片多了降声槽、热胀槽等结构，具体结构构成如图2.2所示：图2.2锯片构成Figure2.2Sawbladeconstruction1-合金刀头；2-基体；3-刃厚；4-基体厚b；5-前角；6-后角；7-横向前角；8-倒后角；9-顶角；10-侧面向心角；11-外径；12-内径；13-伸缩缝；14-静音防振线；15-消音散热铜钉其中，与切屑接触的锯齿面为前刀面，与之相对的面为后刀面，前、后刀面之间的交线即为主刀刃（王雨晨，2019）。刀刃楔角是评价刀具刀刃是否锋利的标准，其在结构上是前刀面与后刀面间的夹角，一般来说楔角越小，刀刃越锋利但是强度也越差，楔角越大刀刃越钝但强度增强。前角γ由前刀面与切削平面垂直基面所围成，切
【参考文献】：
期刊论文
[1]探析苹果树矮化密植丰产栽培技术要点[J]. 赵志光. 新农业. 2019(24)
[2]农业机械现代化发展的重要性及发展策略分析[J]. 徐彬. 吉林农业. 2019(17)
[3]苹果产业发展探究[J]. 韩艺. 农村.农业.农民（B版）. 2019(07)
[4]建平县盛果期苹果树整形修剪关键技术[J]. 高丽凡. 现代农村科技. 2019(07)
[5]农业机械化发展问题与措施分析[J]. 王建锋. 农家参谋. 2019(10)
[6]果树枝条修剪机械装置设备研究进展[J]. 杨振,李建平,杨欣,王鹏飞. 现代农业科技. 2018(19)
[7]天然橡胶机械化采收锯切功耗影响因素试验[J]. 张春龙,盛希宇,张顺路,高金,袁挺,张俊雄,李伟. 农业工程学报. 2018(17)
[8]带夹持机构的锯切式苹果剪枝机设计[J]. 束钰,耿晓阳,宋月鹏,高东升,柳洪洁,王征. 中国农机化学报. 2018(08)
[9]果园机械化技术应用现状与发展趋势[J]. 郑树娜. 南方农机. 2018(14)
[10]苹果树整形修剪存在的问题及对策[J]. 王建勋,马少岐,李海瑞. 现代农业科技. 2018(13)
博士论文
[1]沙柳材切削加工性能研究[D]. 安珍.北京林业大学 2006
硕士论文
[1]回转式多片锯灌木切断机的设计及试验[D]. 王雨晨.北京林业大学 2019
[2]速生林高效爬树修枝机优化设计与试验研究[D]. 田丰硕.山东农业大学 2018
[3]中国苹果生产成本效益分析[D]. 许志强.西北农林科技大学 2015
[4]灌木平茬机的设计及试验研究[D]. 刘金南.南京林业大学 2014
[5]基于MATLAB的开槽圆锯片结构优化设计[D]. 孙迎建.河北工业大学 2014
[6]基于ANSYS/LS-DYNA的圆锯片锯切过程仿真研究[D]. 蒋连琼.广西大学 2013
[7]往复切割器式灌木平茬机切割力的研究[D]. 陈诚.北京林业大学 2011
[8]基于正交实验的花岗石高效锯切技术实验研究[D]. 李希朝.山东大学 2010
[9]轴类零件轧制有限元数值模拟[D]. 张庆恒.河北工程大学 2010
[10]花岗石高效锯切加工技术实验研究[D]. 郑春英.山东大学 2010
本文编号：3282057
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