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《陕西理工大学》 2020年
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新型元胡收获机关键机构的参数设计与仿真分析

姚晓斐  
【摘要】:元胡是一种具有镇痛作用的根茎类中药材,由于其医学、商业价值的不断提升,陕西省汉中市各县区增加了对元胡的种植规模,但元胡收获的机械化水平远远不够,收获方式仍然以人工挖取为主。因此,结合田间作业工况,研究收获挖掘机理,设计一款机械化水平高、收获质量好、田间适应性强的元胡收获装置十分必要。本文针对新型元胡收获机的关键机构——掘取机构进行设计分析。本文经对比论证,选取了破碎滚刷掘取方案作为机构的设计思路,并针对滚刷动力传输方式、输送清选类型、刷毛类别等方案进行分析论证,形成了新型元胡收获机掘取机构的总体设计方案。结合田间作业工况,对元胡收获时的掘取作业过程进行了原理分析,对核心装置的运动特征进行了动力学分析,对关键部件的参数进行了设计计算。其中包括对土铲的作业工况进行了动力学分析,计算出了铲刃张角、铲面倾角、铲面长度等相关参数,建立起各个关键参数与牵引力的数学模型,绘制了各个参数对牵引力的影响曲线,得出了土铲设计参数的合理选择范围;通过对掘取机构滚刷去土过程的受力分析,建立了刷毛自由长度、滚刷轴半径同刷毛刚强度的数学模型,得出了升运速度、升运倾角同升运链输送能力的函数关系式;通过对杆条升运链的分析计算出了传动轴功率、直径、扭矩等相关参数。经上述计算分析,完成了新型元胡收获机掘取机构关键部件的设计计算,初步形成了整体机构的虚拟样机三维模型。在掘取机构理论研究的基础上,结合田间作业工况,对虚拟样机三维模型采用有限元静力学分析,通过分析发现,机构整体的设计稳定,变形量小,部分应力集中区域通过局部补强修复后能满足强度要求。基于静力分析修正后的最终三维模型,依据各个装置的载荷分布及实际运动情况,基于Nx进行了掘取机构的运动学仿真,分析比较两种不同的驱动加载模式,机构整体运行正常,通过对各连杆在Z向分力的研究,验证了掘取机构的齿轮传动方案满足稳定性要求。
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