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玉米根茬收获机的仿真研究

邵东伟  
【摘要】: 在对国内外作物根茬收获装备现状调研的基础上,采用理论分析与计算机仿真相结合的方法,对根茬收获特别是根系发达的玉米根茬机械化收获关键技术(减阻挖掘)和关键部件(挖掘弹齿)进行了较深入地研究,设计了挖掘弹齿和以挖掘弹齿为关键部件的玉米根茬收获虚拟样机。 分析了振动减阻特别是自激振动减阻和仿生减阻的机理以及具有优良挖掘功能的动物爪趾几何及生物力学特性,对比分析了仿生变曲率曲面耕作部件与直线型耕作部件的工作阻力,据此设计了关键部件挖掘弹齿,包括自激振动S型弹柄和曲面凿形仿生齿的设计,并借助有限元软件ANSYS对挖掘弹齿设计的合理性进行了分析,提出了改进方案。 建立了挖掘弹齿有限元模型,在仿生齿齿面的阻力模型及计算的基础上确定了挖掘弹齿所受的主要载荷。 采用有限元软件ANSYS对改进设计后的挖掘弹齿进行了静力学分析,给出了挖掘弹齿在收获作业时的应力和应变分布图,证明了挖掘弹齿设计的合理性。 设计了玉米根茬收获虚拟样机,采用Pro/E软件对虚拟样机工作机构进行了运动过程仿真分析,并借助3DS MAX软件对作物根茬收获虚拟样机的收获工艺过程进行了仿真研究,为物理样机的试制提供了参考和依据。 研究结果表明,选用自激振动作业形式来模仿典型土壤动物在挖掘过程中表现出来的实时柔性可调结构,并结合具有优良挖掘功能的某些动物爪趾所提供的几何信息来合理优化设计挖掘弹齿的几何形状,可以有效地减少挖掘阻力,减轻挖掘弹齿磨损,降低能源消耗,具有较大的工程实用意义。


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