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变速联合耕整地机性能研究与设计

作　者: 宋平平
导　师: 范云翔
学　校: 吉林大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 联合耕整地机变速机架有限元分析模态分析正交试验回归分析
分类号: S222.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着中国农业机械化进程的发展，农业机具在农业生产中占据着越来越重要的地位。而目前市场上的联合耕整地机种类众多，质量良莠不齐。本文根据东北三省的玉米种植情况，设计1GZMN-140变速联合耕整地机。本机设计时配合牵引机具，采用主箱变速设计，使机具刀轴具有多组转速，以适应不同土壤条件的耕地。同时又对机具进行理论分析和试验研究，更加深入的了解机具的自身性质以及工作性能。本文主要完成以下几方面的研究工作：①概括总结了联合耕整地机的国内外发展状况，市场上存在的主要问题，以及联合耕整地机的发展趋势，明确本文研究的实用价值；②根据东北三省的实际农艺情况，对整机进行设计。设计整机布局方案，设计机具的传动系统，确定机具四档刀轴转速，并验证其合理性。应用Autodesk Inventor软件对变速箱齿轮、链条进行设计及强度校核，确定齿轮及链条的参数，并在理论上保障传动系统强度的可靠性。同时结合市场上出现的实际问题，对机具的重要零部件进行创新设计，如链传动的张紧机构，起垄、施肥机构等，使机具拥有更高的稳定性和实用价值；③对1GZMN-140变速联合耕整地机机架受力进行有限元分析。首先明确机具作业时遇到的四种工况，并计算出在这四种工况下机架受力的大小，然后应用ANSYSWorkbench平台建立机架的有限元模型，对机架施加以力和约束后，进行静力学分析。通过分析结果找到机架的最大应力处和最大位移处，对机架进行强度校核和结构改进；④对1GZMN-140变速联合耕整地机机架进行模态分析。通过ANSYS Workbench软件获得了机架在约束状态下的固有频率，对机架的前十阶振动特性进行了分析，并讨论工作中可能遇到的振动情况，分别讨论作业时的刀轴频率和牵引机具的发动机频率能否与机架发生共振现象；⑤对影响机具作业效果的因素进行试验研究。采用L9(34)正交试验表，做3次正交试验，分别讨论试验因素(刀轴速度、机具前进速度和土壤硬度)对试验指标(碎茬率、碎土率和油耗量)的影响，找到影响这些指标的主次因素，并对试验结果进行多元正交多项式回归分析，求出回归方程，进一步探讨作业参数对作业质量的影响。通过本文对1GZMN-140变速联合耕整地机的设计以及分析研究，探索了一种联合耕整地机设计的新思路，通过结合理论与实际的方法，减少了研发周期以及研发成本。并通过试验，得到影响整机性能的一些作业参数，为用户使用机具提供了理论指导，也为研发人员设计新型联合耕整地机提供新的思路，对提高联合耕整地机综合性能的研究有着借鉴的价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题背景  11
  1.2 联合耕整地机的发展现状  11-14
    1.2.1 旋耕机的发展情况  11-12
    1.2.2 灭茬机的发展情况  12-13
    1.2.3 国外联合作业技术的发展情况  13-14
    1.2.4 我国联合耕整地机械的发展状况  14
  1.3 课题的来源及意义  14-15
    1.3.1 课题来源  14-15
    1.3.2 研究意义  15
  1.4 研究内容  15-16
第2章整机设计  16-41
  2.1 引言  16
  2.2 整机设计工艺方案  16-17
  2.3 整机布置  17
  2.4 传动系统设计  17-22
    2.4.1 确定传动方案  18
    2.4.2 传动比的设计与计算  18-21
    2.4.3 各刀轴转速的确定  21-22
  2.5 变速箱齿轮的设计及校核  22-28
    2.5.1 锥齿轮 Z1和 Z2的设计及校核  22-26
    2.5.2 直齿轮的设计及校核  26-28
  2.6 链传动的设计及校核  28-32
    2.6.1 灭茬轴链条的设计及校核  29-31
    2.6.2 旋耕轴链条的设计及校核  31-32
  2.7 联合耕整地机的运动参数  32-35
    2.7.1 刀片运动的分析  32-34
    2.7.2 切土节距和碎土质量  34-35
  2.8 作业刀轴的设计  35-37
    2.8.1 灭茬刀轴的设计  35-36
    2.8.2 旋耕刀轴的设计  36-37
  2.9 配套机构的选用与设计  37-40
    2.9.1 张紧机构的设计  37-38
    2.9.2 联合耕整地机具与牵引机具的联接  38-39
    2.9.3 万向节传动轴  39
    2.9.4 后连接的设计  39-40
  2.10 本章小结  40-41
第3章机架有限元分析  41-54
  3.1 引言  41
  3.2 有限元分析及软件介绍  41-42
    3.2.1 有限元方法简介  41
    3.2.2 有限元分析软件介绍  41-42
  3.3 有限元分析前处理  42-44
    3.3.1 机架模型的处理及网格划分  42-43
    3.3.2 设置属性与单位  43-44
  3.4 受力情况及结果分析  44-48
    3.4.1 刀轴受力分析  44-47
    3.4.2 作业时的力加载状况  47-48
    3.4.3 施加约束  48
  3.5 工况的确定及计算结果分析  48-53
    3.5.1 工况一下的机架受力分析  48-50
    3.5.2 工况二下的机架受力分析  50-51
    3.5.3 工况三下的机架受力分析  51-52
    3.5.4 工况四下的机架受力分析  52-53
    3.5.5 机架受力分析结果总结  53
  3.6 本章小结  53-54
第4章机架结构的模态分析  54-61
  4.1 引言  54
  4.2 模态分析理论基础  54-56
  4.3 模态计算结果分析  56-59
    4.3.1 机架的前十阶振动情况分析  56-58
    4.3.2 机架的外界激励情况分析  58-59
  4.4 本章小结  59-61
第5章影响机具作业效果的试验研究  61-83
  5.1 引言  61
  5.2 试验准备  61-63
    5.2.1 试验目的  61-62
    5.2.2 试验方案  62
    5.2.3 试验设备及用品  62-63
  5.3 试验指标的测定方法  63-65
    5.3.1 碎茬率  63-64
    5.3.2 碎土率  64
    5.3.3 油耗量  64
    5.3.4 土壤硬度的测量  64-65
  5.4 工作参数对碎茬率影响的试验  65-71
    5.4.1 试验水平的选取以及方案的确定  65-66
    5.4.2 影响碎茬率因素的试验结果分析  66-71
  5.5 工作参数对碎土率影响的试验  71-76
    5.5.1 试验水平的选取以及方案的确定  71-72
    5.5.2 影响碎土率因素的试验结果分析  72-76
  5.6 工作参数对油耗量影响的试验  76-80
    5.6.1 试验水平的选取以及方案的确定  76
    5.6.2 影响油耗量因素的试验结果分析  76-80
  5.7 本章小结  80-83
第6章结论与展望  83-85
  6.1 结论  83-84
  6.2 展望  84-85
参考文献  85-89
作者科研成果简介  89-91
致谢  91

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