链式方格蔟采茧机的研制与试验

作     者：马遥 

作者单位：山东农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李法德

授予年度：2021年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

主      题：方格蔟采茧机 机械化 动力学仿真 响应面分析 

摘      要：蚕桑起源于我国,在我国已有五千多年的历史,目前我国蚕桑产业在国际市场上占据主导地位。但是我国蚕桑产业在部分地区仍存在着诸多问题,例如桑园与养蚕的管理方式落后、机械化水平低、生产基础设施薄弱等。我国在蚕桑机械化方面起步较晚,推进蚕桑产业机械化生产是我国蚕桑产业自动化、专业化、规模化、智能化发展的必由之路,研发蚕桑机械,提高蚕桑产业的机械化水平势在必行。其中,采茧机械是需要攻克的难题之一。目前我国正在使用的蔟具主要有塑料折蔟和方格蔟。其中方格蔟因为推广早、制作方便、性价比高使用最为广泛。但是目前,方格蔟上蔟完成以后,在采茧过程中,仍有很多地方主要通过人工的方式完成方格蔟采茧。人工采茧效率低、费时费力,还大幅增加蚕农的养蚕成本。因此,本文结合目前方格蔟采茧机械化设备发展现状,查阅与蚕桑机械相关的参考文献,根据方格蔟、蚕茧的力学特性,针对方格蔟人工采茧费时费力,成本高昂的问题研制了方格蔟机械化采茧机。本文首先对方格蔟采茧机的压茧部件进行了理论分析,确定了压茧部件具体参数,压头高度40 mm、厚度20 mm、宽度30 mm。使用Solid Works三维建模软件进行了压茧部件的三维绘制,使用Hyper Mesh软件进行蚕茧和方格蔟的网格划分并完成柔性体创建,并将上述文件导入到ADAMS软件进行了运动学仿真,最后通过Design Expert软件对采茧机关键部件的三维模型进行响应面设计与优化,并最终得到采茧机压茧部件的设计尺寸:压头与蚕茧接触的顶端弧度的半径为35 mm、链轮转速为7.5 r/min,压头最低点位于方格蔟下表面的下方0.5 mm处。最后搭建了采茧机压茧部件试验台进行了采茧机压茧部件的试验。根据方格蔟采茧过程中对机械设备的技术要求,利用Solid Works三维建模软件对方格蔟采茧机整机进行设计。方格蔟采茧机主要由压茧装置、剥茧带、输送装置、传动装置、步进电机、驱动器与控制器、机架和定位板等部件组成。经过理论分析与计算,进行了电机与传动方式、剥茧带、输送装置、定位板等关键部件的选择与使用,确定了方格蔟采茧机整机三维模型。进行了方格蔟采茧机样机各个部件的试制安装,并进行样机试验,通过Design Expert软件对采茧机的工作参数进行响应面设计与优化,并最终得到采茧机的最优工作参数:压头最低点位于方格蔟下表面的下方0.3 mm处、链轮转速为8 r/min、输送带速度为53 mm/s。验证试验表明在该工作参数下方格蔟采茧机样机运行稳定可靠,并能顺利完成方格蔟的采茧工作,该机器的采茧成功率可达98%,采茧损伤率为1.2%,平均24 s采集完一张方格蔟,操作人员为1-2人,满足设计要求。