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基于自激振动的旋耕刀装置设计与试验

基于自激振动的旋耕刀装置设计与试验

作者：汪开鑫南京农业大学

学位级别：硕士

土壤旋耕因拥有土壤蓄水保墒、打破犁底层、消除杂草等能力,一直被广泛应用在农业生产当中,但也存在功耗大、能源消耗高等问题。因此,在保证耕作性能的前提下,如何降低旋耕时的功耗就成为多数研究学者需面临的技术难题。近些年,随着土... 详细信息

土壤旋耕因拥有土壤蓄水保墒、打破犁底层、消除杂草等能力,一直被广泛应用在农业生产当中,但也存在功耗大、能源消耗高等问题。因此,在保证耕作性能的前提下,如何降低旋耕时的功耗就成为多数研究学者需面临的技术难题。近些年,随着土壤振动切削技术的出现,为此难题的解决提供思路与方法。本文在自激振动农业触土机具研究的基础上,采用理论设计与试验的方式,设计了一种基于自激振动的旋耕刀装置,通过释放旋耕刀2个方向的自由度,使其在土壤复杂阻力的作用下产生随机振动,达到自激振动土壤旋耕作业,实现减阻降耗的目的。本文主要研究内容及结论如下所示:1.采用理论设计与仿真试验相结合的方法设计了自激振动旋耕刀装置。通过查阅参考文献和前期仿真试验确定了旋耕刀受力的范围,结合理论推算了整个装置中起主要作用的大弹簧的相关参数;其次,通过旋耕刀受力分析,确定弹簧心轴与改进IT245旋耕刀的具体参数;最后,采用Solid Works设计自激振动旋耕刀装置三维模型,并阐述了其工作原理。2.使用ANSYS Workbench对自激振动旋耕刀主要零部件进行静力学分析,并对装置进行模态分析。首先,对改进IT245旋耕刀进行静力学分析得出,其最大变形量为0.814 mm,应力最大值集中在刀柄下面刀身处,为204.69 MPa;其次,对弹簧心轴进行静力学分析得出,其变形量最大值在腰型孔Z向两端为0.004 mm,应力主要集中在腰型孔附近,最大值也是在Z向两端为36.46 MPa;最后,对装置进行模态分析得出其1～6阶模态振型的固有频率。3.采用dem-mbd耦合仿真技术进行旋耕刀的扭矩仿真与分析。首先,基于多体动力学技术,结合使用Solid Works和Recur Dyn软件,构建自激振动旋耕机刚柔混合体三维模型;再次,采用离散元Edem建立合适的土壤颗粒模型后与Recur Dyn耦合仿真;最后,对国标旋耕刀和自激振动旋耕刀扭矩仿真值进行分析对比得,在刀轴转速为300 r/min时,2种耕深下自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的平均扭矩降低率均达到最大,分别为16.40%和18.73%。4.在南京农业大学农业机械实验室进行了自激振动旋耕刀与国标旋耕刀土槽扭矩对比试验。首先,在试验前对土壤的含水率和坚实度进行测量,其平均值分别为16.9%和283 k Pa;其次,通过试验得出,在耕深和前进速度保持不变的情况下,旋耕机转速达到300 r/min时自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的平均扭矩降低率最大,为19.6%;最后,对比分析得出,仿真与试验值平均扭矩变化趋势保持一致,基本验证了dem-mbd耦合仿真模型的准确性,进而验证了耕深80 mm时仿真试验的准确性。5.对自激振动旋耕刀的振动加速度信号进行分析。首先,采用五点三次平滑法处理振动加速度信号构建时域信号图,分析得出加速度均方根值在刀轴转速为300r/min时达到最大为0.76 m/s;然后,通过分析自激振动旋耕刀的功率谱密度图得出,当转速达到300 r/min时,激振频率达到装置固有频率附近,发生共振,其幅值达到最大值,减阻效果最佳;最后,分别将振动的时域信号和功率谱密度信号与试验平均扭矩降低率进行对比分析,得出自激振动旋耕刀Y向振动加速度和功率谱密度幅值最大值与其平均扭矩降低率存在着一定的联系,均呈正比关系。

关键词：自激振动旋耕刀 dem-mbd耦合仿真平均扭矩土槽试验

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链勺式人参精密播种机设计与试验

链勺式人参精密播种机设计与试验

作者：贾广鑫昆明理工大学

学位级别：硕士

人参是中国中药材第一大品种,但播种机械化程度低。针对人参播种中存在因人参种子形状不规则、流动性差,导致经催芽处理后的种子充种困难、易伤种等问题,结合非林地人参种植精密直播技术的农艺要求,研制了一种链勺式人参精密播种机,并... 详细信息

人参是中国中药材第一大品种,但播种机械化程度低。针对人参播种中存在因人参种子形状不规则、流动性差,导致经催芽处理后的种子充种困难、易伤种等问题,结合非林地人参种植精密直播技术的农艺要求,研制了一种链勺式人参精密播种机,并进行了试验研究,满足人参播种要求。具体研究内容如下:（1）人参种子物料特性测定与参数标定。通过对人参种子基本物理特性和力学特性的研究,得到了人参种子的千粒重、三轴尺寸、球度、本征参数和接触参数;采用逆向工程技术,提取了人参种子的几何轮廓模型,利用多球面聚合模型快速填充法建立了人参种子离散元模型;通过台架试验和Edem仿真标定,得到了人参种子与不锈钢、ABS塑料和人参种子间的接触参数。经验证,所建立的人参种子的本征参数和接触参数可用于dem-mbd耦合仿真。（2）链勺式人参精密播种机的设计。根据我国非林地人参种植精密直播的农艺要求,设计了一种10行链勺式人参精密播种机,有效播幅1.5m,播种株距2.5～5cm可调,播种深度0～6cm可调,分别对链勺式人参精密播种机、开沟-排种单体和链勺式人参精密排种器的结构与工作原理进行了阐述。（3）基于dem-mbd耦合的链勺式人参精密排种器仿真试验。利用dem-mbd耦合方法对链勺式人参精密排种器进行了数值模拟,探明了排种器倾斜充种可提高充种性能的机理,对排种器关键参数理论计算后并建立了仿真模型,采用demmbd耦合仿真方法进行了单因素仿真试验,分析不同排种器参数对其工作性能的影响,确定了链勺式排种器的结构参数;进行了二次回归正交旋转组合demmbd耦合仿真试验。结果表明:当充种倾角为71.73°、主动链轮转速为79.10r/min、种层高度为84.28mm时,充种性能最佳,单粒率（1粒/勺）为95.68%、复充率（≥2粒/勺）为3.57%、漏充率为（0粒/勺）0.75%;通过台架试验验证排种器的工作性能,结果表明链勺式人参精密排种器可满足我国非林地人参种植的播种要求。（4）开沟-排种单体的设计与试验。设计了一种开沟-排种单体,通过对链勺式人参精密排种器落种点和双圆盘开沟器的工作性能分析,计算了开沟-排种单体关键参数,利用EDM-mbd耦合仿真对其进行了可行性试验验证。通过搭建土槽试验台,测试了3行开沟-排种的工作阻力,设计了二次回归正交旋转组合试验,试验结果表明,当作业速度为0.341m/s,开沟深度为45mm,开沟器与排种器相对水平距离为95.16mm时,合格指数大于93.0%,重播指数小于4%,漏播指数小于3%,对优化结果进行验证试验,与优化结果相符。（5）链勺式人参精密播种机样机加工与田间试验。对动力配备和传动系统分析设计后建立虚拟样机,并对实际样机进行了加工和装配。通过田间试验对播种机的工作性能和经济实用价值进行了评价。试验结果表明,播种机在工作速度为0.341m/s,开沟深度为4cm,株距为4cm时,播种机的播种合格指数为92.70%,重播指数为5.00%,漏播指数为2.30%,播深合格率为95.10%,伤种率为零。播种机的工作效率为人工点播的75倍,为半自动机械点播的60倍,作业成本为人工作业的34%左右,为半自动机械点播的42%左右。表明链勺式人参精密播种机可用于非林地人参种植的播种,且对人参种植产业化、规模化发展具有重要意义。

关键词：人参种子链勺式排种器精密播种机 dem-mbd耦合仿真开沟-排种单体

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马铃薯联合收获薯土分离特性研究与机构优化

马铃薯联合收获薯土分离特性研究与机构优化

作者：李聿尧中国农业科学院

学位级别：硕士

马铃薯作为我国第四大粮食作物,具有营养均衡、用途多样的特点。目前国内成熟的马铃薯联合收获装备仍较少,其薯土分离环节仍存在薯块容易受损、清土能力较低的情况。为了提高马铃薯联合收获薯土分离的作业效果,本文对带杆式薯土分离装... 详细信息

马铃薯作为我国第四大粮食作物,具有营养均衡、用途多样的特点。目前国内成熟的马铃薯联合收获装备仍较少,其薯土分离环节仍存在薯块容易受损、清土能力较低的情况。为了提高马铃薯联合收获薯土分离的作业效果,本文对带杆式薯土分离装置进行了一系列试验研究。以我国西北地区广泛种植的马铃薯品种作为研究对象,对收获期薯块和土壤的相关物理特性参数进行了探究。基于实际收获需求与田间情况确定了带杆式薯土分离机构的设计方案,对分离作业时机构、薯块、土壤三者的交互作用机理进行了研究分析;借助dem-mbd耦合仿真手段探究了影响薯土分离效果的关键因素,确定了粗细间隔型分离带杆的工作参数与结构参数的最优组合。本研究能为高效低损的小型马铃薯联合收获装备的研制和优化提供一定的参考借鉴。本文所进行的主要研究内容与所得结论如下:(1)以我国西北地区广泛种植的“陇薯七号”作为研究对象,测量其含水率、密度、压缩特性和碰撞恢复系数,并探究了不同杀秧时间对各参数的影响显著性。对试验结果进行单因素ANOVA分析可得:不同杀秧时间对薯块的含水率、泊松比和密度的影响不显著;薯块的压缩破坏力、弹性模量和剪切模量则随着杀秧时间的增加而显著上升;薯块之间的碰撞恢复系数和薯块与钢板之间的碰撞恢复系数均随杀秧时间增加而显著减小。(2)以马铃薯收获期的田间土壤作为试验对象,通过圆桶提升法测得土壤堆积角的大小、通过万能试验机测得土块剪切最大破坏力。并以此为指标,分别建立相应的离散元仿真模型,对土壤颗粒的离散元参数进行标定。根据堆积角仿真试验确定了土壤的本征参数、土壤颗粒间的接触参数、土壤颗粒与钢(机构)之间的接触参数。根据土块剪切破碎仿真试验,确定土块破碎bond模型所需粘结参数。(3)基于收获要求与田间实际情况,对带杆式薯土分离机构及其在小型联合收获装备整机内的布局结构进行了分析与设计,初步设计了三种不同杆条形式的分离带杆。并对分离作业过程中杆条的运动变化、薯块运动特性、土壤筛分情况、土块破碎情况进行了理论分析,明确了影响薯土分离特性的关键因素。(4)基于实际试验测量的马铃薯块茎物理参数和仿真标定试验确定的土壤离散元参数,通过Edem软件和Recur Dyn软件建立了dem-mbd耦合的薯土分离作业仿真模型,分析了分离过程中土薯混合物内薯块和土壤颗粒的速度、位移变化情况以及大土块破碎的情况。通过单因素试验探究各因素对薯块损伤情况和土壤清除效果的影响规律,并通过对比三种不同杆条结构分离带杆的薯土分离效果完成杆条结构的选型,确定以粗细间隔型分离带杆为基础进行进一步的结构与工作参数优化。(5)基于Box-Behnken试验设计原理,以粗细杆直径之比、带杆角度、带杆线速度以及收获前进速度作为四个影响因素,以定义的薯块损伤系数和土壤清除率作为两个评价指标,在已搭建的仿真模型上开展参数优化试验。分别建立影响因素与评价指标间的回归模型并确定各因素对薯块损伤和清土效果影响的主次顺序。再进行多目标优化求解,确定粗细间隔型分离带杆的结构参数与工作参数的最优组合为:粗杆直径为16mm、细杆直径为10mm的分离带杆在作业角度为17.5°,带杆的线速度为1.20m/s,收获前进速度为0.80m/s进行薯土分离作业时效果最好。以此组参数进行仿真试验的结果为薯块受损系数401.00,土壤清除率98.61%;进行田间试验的结果为薯块破皮率0.53%,薯土质量比1.582,薯土分离效果有明显提升。

关键词：马铃薯联合收获薯土分离带杆式分离机构 dem-mbd耦合仿真参数优化

基于不同含水率的水稻芽种振动排种性能影响仿真分析

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基于不同含水率的水稻芽种振动排种性能影响仿真分析

作者：李风姣广西大学

学位级别：硕士

水稻直播机电磁振动排种器是一种不伤种、播量调节方便、排种均匀性好、结构简单的排种器,但目前针对该排种器的不同含水率的水稻芽种排种的排种机理和排种临界含水率的研究匮乏,不利于进一步优化排种器的参数和确定对芽种含水率的要求... 详细信息

水稻直播机电磁振动排种器是一种不伤种、播量调节方便、排种均匀性好、结构简单的排种器,但目前针对该排种器的不同含水率的水稻芽种排种的排种机理和排种临界含水率的研究匮乏,不利于进一步优化排种器的参数和确定对芽种含水率的要求。因此,采用dem-mbd耦合仿真方法和物理试验方法,开展基于不同含水率水稻芽种的电磁振动排种分析研究,探明排种机理,明确排种临界含水率,对排种器的优化研究具有重要意义,且可对田间播种提供相关理论支撑。本文通过计算获得电磁振动排种器的振动关键零部件尺寸,建立了排种器的几何模型,基于三维激光扫描技术对清选后、破胸露白处理的水稻芽种进行逆向工程建模,获得水稻芽种精确的外观模型,并利用Edem软件建立水稻芽种的离散元模型,并对其离散元参数进行测量和标定。通过多体动力学软件Recur Dyn建立了排种器的刚柔一体化模型,在此基础上,采用多体动力学和离散元方法耦合的方法建立了水稻芽种-电磁振动排种器的耦合仿真模型,通过试验对建模方法进行了验证。运用该耦合模型进行排种仿真试验,对水稻芽种振动排种机理进行了分析,同时对不同含水率的水稻芽种进行了排种试验及影响机理分析。结果表明:采用刚柔一体化仿真模型、水稻芽种离散元模型耦合系统模型的建模方法合理;排种过中,水稻芽种在种群内的位置可影响其排种情况;水稻芽种含水率升高,水稻芽种与其他物体间的相互作用减弱,导致水稻芽种受力减小、速度减弱,排种性能降低;当含水率为32.4%时,电磁振动排种器可正常排种,但性能较差,含水率低于30.3%时,满足精量排种要求。

关键词：水稻电磁振动排种 dem-mbd耦合仿真含水率机理

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丘陵山地自走式马铃薯联合收获机设计与仿真

丘陵山地自走式马铃薯联合收获机设计与仿真

作者：张振东昆明理工大学

学位级别：硕士

马铃薯(Solanum tuberosum)是世界上重要的粮食作物之一,2019年中国的马铃薯产量达到1828万吨。随着马铃薯产业不断发展,马铃薯主粮化战略的不断推进,市场对于马铃薯的收获机械的要求也逐步提高。西南地区是中国马铃薯主产区,但适用于... 详细信息

马铃薯(Solanum tuberosum)是世界上重要的粮食作物之一,2019年中国的马铃薯产量达到1828万吨。随着马铃薯产业不断发展,马铃薯主粮化战略的不断推进,市场对于马铃薯的收获机械的要求也逐步提高。西南地区是中国马铃薯主产区,但适用于西南地区的自走式马铃薯联合收获机较少。而中小型分段式马铃薯收获机在作业过程中还存在伤薯率高,输送分离效果差等问题。本文依托于云南省重大科技专项计划“山地马铃薯全程机械化关键技术与装备研究开发”课题(2018ZC001),以云南省、重庆市为例,根据西南地区土壤情况,结合种植农艺情况,设计了一款自走式马铃薯联合收获机,具体研究内容如下:(1)资源统计,在云南省、重庆市的马铃薯种植试验地进行实地调研与考察,确定了当地的种植农艺,对当地马铃薯、土壤进行取样,测量相关参数。当地马铃薯种植株距、结薯宽度、薯间行距、垄高平均值为258mm,342mm,367mm,210mm。测定马铃薯密度平均值为1.322g/cm,马铃薯三轴尺寸长、宽、厚平均值为100.5 mm,58.7 mm,43.1mm。静摩擦系数为0.416,动摩擦系数为0.386,碰撞恢复系数为7.338。土壤颗粒粒径大小范围在小于1mm,大于等于1mm且小于2mm,大于等于2m且小于5mm,大于等于5mm的质量占比分别为:8.44%,23.12%,37.68%,30.76%。为后续工作部件设计奠定基础,为后续仿真参数设定提供数据支持。(2)提出整机设计方案,整机外形尺寸长宽高分别为4400mm×1700mm×2350mm,根据西南地区当地情况,确定在37k W拖拉机上进行改造,确定整机为单垄双行式收获。整机包括挖掘铲、输送分离装置、横向输送装置、刮板提升装置等工作部件。(3)完成挖掘铲、输送分离装置、横向输送装置、刮板提升装置的设计。通过理论计算,确定各部分装置的工作参数,并使用Ansys-Workbench软件对输送分离装置进行静力学分析与模态分析,并通过实验验证模态分析准确性。(4)通过三维扫描技术对马铃薯进行信息采集,得到点云数据后经过后处理获得马铃薯三维模型。使用Edem对马铃薯模型进行填充,并结合土壤情况完成马铃薯-土壤复合物的建立,获得与实际情况相符合的马铃薯-土壤复合物模型。(5)建立“马铃薯—土壤—输送分离装置”系统的多体动力学-离散元模型,对实际工作过程中马铃薯-土壤复合物在振动筛的运动进行仿真模拟。通过设置5°、10°、15°、20°四水平工作倾角与0.9m/s,1.6m/s,2.1m/s三组运动速度,以除杂率与马铃薯所受最大应力为评价指标,得到输送分离装置最佳工作角度为与水平方向呈15°工作倾角,转动线速度为1.6m/s。(6)样机试制与田间验证,样机在重庆市农科院农业机械研究所加工制作,并在试验田开展田间试验。利用传感器及力锤冲击法,验证机架的模态分析结果与仿真结果误差不足5%,测定输送分离装置自走式马铃薯联合收获机工作过程中稳定性高,输送分离装置运转稳定。收获机可完成挖掘、输送、分离、收集等一系列作业。收获效果较好,明薯率≥96%,破皮率≤2%,伤薯率≤1.5%,符合相关标准。进一步验证了收获机设计的合理性。

关键词：丘陵山区马铃薯联合收获机 dem-mbd耦合仿真

旋耕刀式玉米精量免耕播种机排种器优化设计与试验

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旋耕刀式玉米精量免耕播种机排种器优化设计与试验

作者：张晨明河南农业大学

学位级别：硕士

玉米精量免耕播种机是玉米全程机械化的重要机具之一,能够一次性完成玉米的旋耕破茬、开沟、施肥、播种、镇压等工序。玉米精量免耕播种机在工作过程中,因地表的不平度、播种机前进速度和旋耕速度等所引起的振动使排种器排种性能降低进... 详细信息

玉米精量免耕播种机是玉米全程机械化的重要机具之一,能够一次性完成玉米的旋耕破茬、开沟、施肥、播种、镇压等工序。玉米精量免耕播种机在工作过程中,因地表的不平度、播种机前进速度和旋耕速度等所引起的振动使排种器排种性能降低进而影响播种质量。针对以上问题,本文通过分析国内外玉米播种机的振动特性的研究现状,以旋耕刀式玉米精量免耕播种机为研究对象,采集玉米免耕播种机在田间工作时的振动信号,设计了排种器振动试验台并开展指夹式排种器振动试验,探究各因素对指夹式排种器的播种质量的影响,对指夹式排种器关键性部件进行优化,利用Edem和Recur Dyn耦合技术,模拟了指夹排种器在振动条件下的排种性能,并进行台架试验验证了排种器的作业性能。主要研究内容与结论如下:(1)本文通过振动测试系统对旋播机在田间实际工作下的振动信号进行采集,通过Matlab对旋刀式免耕播种机实际田间振动信息进行滤波和时频分析,时域分析结果表明:旋耕转速和作业速度对振动加速度影响较显著;影响顺序为:旋耕转速大于作业速度。对振动加速度二次积分,得出播种机最大振动位移为16.004mm。频域分析结果表明:免耕播种机的振动频率分布在0-100Hz之间。(2)在试验分析的基础上,提出振动试验台设计方案,并进行排种器振动试验。选择了电机和凸轮作为主要振源,由电机带动的凸轮和弹簧两部分相互配合,模拟排种器在田间作业时的振动环境。排种器检测仪通过刚性联轴器和弹性联轴器与排种器相连接,驱动指夹式排种器排种。指夹式排种器振动试验结果表明:作业速度、振动幅值和振动频率对排种器合格指数和漏播指数影响显著。影响排种器合格指数因素顺序为:振动幅值、作业速度、振动频率;漏播指数的顺序为:振动幅值、振动频率、作业速度。(3)通过试验分析对指夹式排种器关键部件进行优化设计,设计了一种多弧面指夹和带有凸台的排种盘,对指夹式排种器结构进行三维建模。并在排种器携种过程中玉米籽粒受力情况进行力学分析,通过籽粒受力分析,随着指夹旋转角度的增大,指夹夹持力呈现先增大后减小的趋势,且在指夹经过排种盘顶部时支持力最大。验证了所设计排种器结构是合理的。利用Edem和Recur Dyn耦合的方法进行排种器在玉米播种过程的仿真试验,模拟了玉米籽粒在落种、充种和携种过程中的运动过程,并通过后处理得到了振动条件下的玉米籽粒的运动速度、单个玉米籽粒和整个玉米籽粒种群的运动轨迹。分析结果表明通过优化指夹和种盘,以此来通过压力和支持力的合力夹持玉米籽粒进行运动,可有效防止玉米籽粒在排种过程中从指夹中脱落。优化后的排种器在排种过程中可得到更高的合格指数。(4)通过台架试验对优化后的排种器排种性能进行验证。使用排种器性能检测仪和振动试验台组合试验,以排种器作业速度,振动幅值和振动频率作为试验因素,以合格指数、漏播指数和重播指数作为评价指标,分别进行了单因素试验和多因素试验。单因素试验结果表明,作业速度、振动幅值和振动频率对合格指数、漏播指数和重播指数有显著影响,多因素试验表明:作业速度和振动幅值交互项、振动幅值和振动频率的交互项对合格指数有显著影响。作业速度和振动幅值的交互项、作业速度和振动频率的交互项对漏播指数有显著影响。对试验结果进行优化求解,结果表明:当作业速度为3.8km/h,振动幅值为5mm,振动频率为32.52Hz时,合格指数为91%,漏播指数为6.68%。满足作业要求。优化后的指夹式排种器满足设计要求。

关键词：玉米免耕播种机振动指夹式排种器 dem-mbd耦合仿真

基于耦合仿真的掘锚机行驶动态特性与履带板运动分析

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基于耦合仿真的掘锚机行驶动态特性与履带板运动分析

作者：王彬辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

掘锚机作为一种新型煤矿采掘设备现阶段在国内广泛使用,在其行驶过程中由于煤层底板属于软地面,履带对煤层底板的压力会导致其破坏变形,煤层底板的变形反过来会影响掘锚机的行驶性能,当压力过大时可能会破坏煤层底板的稳定性结构。因此... 详细信息

掘锚机作为一种新型煤矿采掘设备现阶段在国内广泛使用,在其行驶过程中由于煤层底板属于软地面,履带对煤层底板的压力会导致其破坏变形,煤层底板的变形反过来会影响掘锚机的行驶性能,当压力过大时可能会破坏煤层底板的稳定性结构。因此需要对掘锚机行驶性能、接地比压和底板受力变形等情况进行仿真分析,并且由于掘锚机在行驶时并非处于理想条件下,需要考虑不同情况对掘锚机行驶动态特性的影响,也为掘锚机后期的优化设计提供参考。本文的主要研究内容如下:本文在离散元和多体动力学仿真理论基础上,采用dem-mbd双向耦合的方式,对掘锚机在煤层底板上行驶进行仿真,建立MB670-1型号掘锚机和张家峁5煤层底板模型,并对其相关参数进行计算,提出了基于dem-mbd耦合数据模拟掘锚机在煤层底板上行驶的空间模型。结合履带-地面力学对掘锚机在煤层底板上行驶进行分析,了解掘锚机行驶性能、履带系统受力和煤层底板受力变形情况。可以得出掘锚机在煤层底板上行驶性能较好;驱动轮、诱导轮和16号承重轮受力较大,在实际工作中需要注意这三种带轮的使用情况;根据掘锚机履带板对地面压力,计算得到掘锚机行驶时产生的接地比压为258k Pa,并得出掘锚机行驶过程中接地比压分布示意图;掘锚机行驶时煤层底板受力较为均匀,变形较少,煤层底板较为稳定。为了解不同工况下对掘锚机行驶的影响,对掘锚机履带预张紧力、质心位置、承重轮数量和路面不平度等级进行更改,对掘锚机在煤层底板上行驶进行仿真,通过对其行驶性能、履带系统受力情况、煤层底板受力变形情况进行对比分析,得到掘锚机的预张紧力为10%时其行驶状态较好;在改变路面不平度时,会对掘锚机行驶稳定性、偏移量等性能产生影响,但对于带轮受力情况影响尤为严重,并且由于路面不平度等级的增加,也会使煤层底板局部受力变形增加,导致其更容易被破坏;改变掘锚质心位置也会对其行驶动态特性产生一定影响,当质心位置向前或向两侧发生偏移时,会严重影响掘锚机行驶性能,因此掘锚机在工作过程中要避免此现象的产生;当增加掘锚机承重轮数量时,其行驶性能有一定提升,但其牵引性能会稍有下降,在实际工作中如果需要提升掘锚机牵引性能,可减少一定数量的承重轮。以上结果可对掘锚机的优化设计提供了一定的理论基础。为了解不同履带板参数对掘锚机行驶时产生的影响,从履带板宽度、履刺个数、履刺形状和履带板受力载荷四种方面考虑,对履带板参数进行调整,并对履带板进行dem-FEM耦合仿真。通过对履带板行驶时产生的沉陷量和牵引力、煤层底板受力变形和履带板的应力和变形进行分析,得出以下结论:当履带板宽度增加时,履带板牵引性能会有一定的提升,但宽度到增加到一定程度时,其牵引性能会有所减少;当履带板履刺宽度减少时,其牵引性能增加,但其沉陷量和变形程度也会增加;履带板形状也会对掘锚机行驶性能产生一定影响,综合对比来看,C型履带板行驶性能较好,并且使用寿命更长;在受力载荷平均值相同时,履带板受到的载荷型式不会影响其沉陷量和平均牵引力,在对履带板仿真分析时,可把履带板受力载荷类型化简为恒定载荷,以便更直观的进行对比分析。以上分析结果可为履带板的优化设计提供了参考。该论文有图113幅,表9个,参考文献57篇。

关键词： dem-mbd耦合仿真履带-地面力学多体动力学模型离散元模型接地比压底板变形 dem-FEM耦合仿真