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籽棉装载机抓斗的设计与仿真分析

作　者: 孙卫
导　师: 曹杰
学　校: 石河子大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 抓斗仿真 MATLAB Pro/E ANSYS
分类号: S225.911
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 62次
引　用: 1次
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内容摘要

我国是农业大国,棉花是我国仅次于粮食的重要经济作物,特别是在新疆地区的棉花的种植面积及产量在全国都占有较大份额,是新疆兵团的支柱产业。但在棉花的收获以及加工的转运过程中,还没有合适的籽棉装载机具,这极大制约了棉花生产的机械化程度。为了节省人力,降低成本,提高棉花生产和加工的生产率,本课题在借鉴前人经验的基础上设计用于抓取棉花的抓斗。本文提出了电动抓斗的设计方案,从而避免了现有机具运用液压缸对棉花的污染。参考目前用码头装载散货的抓斗,根据棉花的特性,进行了抓斗的整体方案设计:抓斗整体为撑杆结构,抓斗的开闭通过电动葫芦提升钢丝绳来完成,斗体设计为抓齿,以利于抓取时插入。确定了抓斗的设计尺寸参数。运用三维建模软件Pro/E建立了抓斗的虚拟样机模型,并用Pro/E的仿真功能进行了模型样机的干涉检验。通过严密的数学推理计算,分析抓斗在抓取棉花时的阻力,建立了用于虚拟样机仿真的数学模型。利用MTLAB软件对抓斗工作时进行仿真,根据数学模型,抓斗在每一开度x对应唯一的抓斗抓取深度y。从而得到了抓斗抓取棉花时的轨迹曲线和抓取力矩曲线,以及抓斗工作时的抓取量,并分析抓斗设计参数α1和开度L对抓取量的影响规律。其思路是“仿真——优化——再仿真”,以达到最优的设计。抓齿是抓斗抓取籽棉时的主要受力部件,有必要校核其是否安全。运用有限元软件ANSYS对抓斗在受到最大阻力时进行受力分析,校核抓齿的强度。通过本文的研究工作,设计出了可用于抓取棉花的机具设备,并进行了结构上的改进。通过对模型样机的仿真证明该机具一次工作最多可抓取棉花447 Kg,能够满足生产的需要。本文的理论数学模型为以后的研究工作提供了基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 本课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 抓斗研究的发展与现状  10-13
  1.3 本课题研究的内容  13
  1.4 本章小节  13-14
第二章抓斗的三维设计  14-26
  2.1 抓斗的设计参数  14-18
    2.1.1 抓斗整体方案设计  14-15
    2.1.2 颚齿的设计  15-16
    2.1.3 抓斗主尺度参数  16-17
    2.1.4 抓斗自重及各部件重量分配  17-18
    2.1.5 开闭绳滑轮组的选择  18
  2.2 用PRO/E 构建抓斗三维模型  18-25
    2.2.1 Pro/E 软件简介  18-19
    2.2.2 基于Pro/E 的参数化建模  19-23
    2.2.3 工作装置的动态模拟和干涉检查  23-24
    2.2.4 工作装置的运动学分析  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章抓斗挖掘仿真数学模型的建立  26-35
  3.1 抓斗的抓取性能  26
  3.2 棉花特性  26
  3.3 抓斗的受力分析  26-27
  3.4 抓斗的阻力计算  27-30
  3.5 抓斗抓取过程力矩平衡方程的建立  30-32
  3.6 求解各开度下的Q_K和L_K  32-33
  3.7 挖掘曲线的建立  33-34
  3.8 本章小节  34-35
第四章仿真及结果分析  35-46
  4.1 MATLAB 仿真  35-39
    4.1.1 MATLAB 软件及其功能及特点简介  35
    4.1.2 仿真流程图  35-36
    4.1.3 曲线绘制  36-37
    4.1.4 分析抓斗设计参数对抓取性能的影响  37-39
    4.1.5 抓取力矩与阻力矩曲线  39
    4.1.6 结果分析  39
  4.2 抓齿的有限元分析  39-45
    4.2.1 有限单元法基本思想  40
    4.2.2 ANSYS 软件简介  40
    4.2.3 有限元分析  40-44
    4.2.4 结果分析  44-45
  4.3 本章小结  45-46
第五章结论与展望  46-48
  5.1 结论  46
  5.2 展望  46-48
参考文献  48-50
致谢  50-51
作者简介  51-52
石河子大学硕士研究生学位论文导师评阅表  52

籽棉装载机抓斗的设计与仿真分析

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