链式开沟机的初步设计.doc

链式开沟机的初步设计摘要在给定的农艺条件下确定了一种果园用链刀式开沟机的整体参数，并得出开沟机总功耗为4.874kW。初步进行了开沟机挂接机构和开沟装置的结构设计与Pro/E造型，同时对工作链刀倾角、刀片运动轨迹和土粒的运动状态进行了分析；建立了链式开沟机的功耗模型并用MATLAB的fmincon函数进行了优化，优化后功耗较设计功耗下降了22.81%，并且得出了在行进速度=0.0412m/s、链刀线速度=1m/s、工作链刀对水平面倾角=30°时，链式开沟机功耗最小的结论。关键词：链式开沟机；运动学；优化AbstractTheparametersofanewtypeofchainditcherwasascertainedwiththegivenagriculturalneed,andthepowerconsumptionwas4.874kW.StructuraldesignandmoldingwithPro/Ewascarrideoutpreliminarily.Atthesametime,analysistothechainlevelangle,bladelinearspeedandthelump-motionwasmaded.Anoptimizationdesignmodelwasestablished，andtheoptimalanalysiswascarriedoutbyapplyingMATLABtools．Theresultsshowedthatthepowerconsumptiondecreased22.81%afteroptimization,anditgottheminimumwhenlevelspeed,bladelinearspeedandchainlevelanglevaluedat0.0412m/s,1m/sand30°respectively.Keywords：Chainditcher；Kinematics；OptimizationIII目录1前言11.1开沟机的发展概况11.2链式开沟机研发现状21.3课题研究意义52链式开沟机整体参数确定72.1链式开沟机的设计参数72.2链式开沟机工作参数的确定72.3链式开沟机的功率计算102.3.1切土阻力102.3.2开沟机功耗计算112.4链式开沟机总体参数的确定133链式开沟机关键部件设计与Pro/E概念造型153.1挂接机构设计153.1.1挂接机构的设计与Pro/E造型153.1.2减速器及链传动设计163.2开沟装置的设计分析与造型183.2.1链刀组合的设计计算183.2.2主轴组合设计223.2.3从动轴组合的设计与Pro/E造型223.2.4排土器组合的设计与Pro/E造型233.2.5梁的结构设计与Pro/E造型243.3液压缸的选用及分析253.3.1液压缸型号的确定253.3.2液压缸行程验证263.4基于Pro/E的零件质量计算及重心测量方法探求283.4.1在Pro/E中定义零件质量属性283.4.2开沟机重心计算方法的探求294链式开沟机工作机理研究314.1链式开沟机水平倾角分析314.2链式开沟机刀片的运动轨迹分析324.3土粒在链传动过程中的运动分析334.3.1转动切削状态下土粒在链传动过程中的运动分析344.3.2平动切削状态下土粒在链传动过程中的运动分析344.4.基于MATLAB的链式开沟机功耗的优化设计与分析364.4.1目标函数的建立374.4.2约束条件414.4.3基于MATLAB的开沟机功耗的优化414.4.4小结与讨论435.结论与展望445.1研究结论445.2不足与展望44致谢46参考文献附录Ⅰ附录Ⅱ链式开沟机的初步设计前言-30--5-1前言1.1开沟机的发展概况从运动机理上可以把开沟机分为两种：犁式开沟机和旋转开沟机。前者的工作部件不旋转，直接由动力牵引，开沟速度快、效率高，但一般开沟深度较小，土壤硬度不能太大，且沟形难以保证；后者的工作部件旋转，称为铣削式开沟，沟形规整、适合各种土壤，但效率较低[1]。国内外开沟机主要有以下几种：犁式开沟机、割盘式开沟机、双圆盘式开沟机、回转链式开沟机以及立式螺旋开沟机；按功率和开沟大小又可分为自走式和手扶式等，种类较多[2]。国外的开沟机研究及生产较早。早期的犁铧工具就是开沟机的雏形，只不过没有动力驱动，且相关部件和结构原理没有系统地研究。上世纪50年代，伴随机械化的普及，一些发达国家开始使用机械开沟机进行大范围的农耕作业，大大提高了劳动生产率。随着技术的进步和工作要求的日益增多，开沟设备的研究走进了一个新的时代，较为成型的开沟设备不断涌现。到了60年代，旋转式开沟机（图1-1）作为一种连续挖土机械已经相当先进。由于它适宜开挖梯形截面的沟渠、能均匀散开沟内土