【正文】 運(yùn)用ADAMS參數(shù)優(yōu)化的馬鈴薯收獲機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄摘 要 I第一章 緒論 1 馬鈴薯收獲機(jī)概況 1 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展概況 1 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展概況 2 馬鈴薯收獲機(jī)存在的主要問(wèn)題 2 分離裝置概狀 3 本課題研究的目的與意義 3 本課題的王要研究?jī)?nèi)容 4第二章 小型馬鈴薯收獲機(jī)及其模型的建立 5 4SW型馬鈴薯挖掘機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程 5 馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)體三維模型的建立 5第三章 主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7 懸掛裝置的設(shè)計(jì) 7 挖掘鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 挖掘鏟角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 擺動(dòng)分離篩設(shè)計(jì) 9 擺動(dòng)篩的結(jié)構(gòu) 9 擺動(dòng)篩的工作過(guò)程 10 擺動(dòng)篩的運(yùn)動(dòng)分析 10 擺動(dòng)篩的設(shè)計(jì)條件 11第四章 創(chuàng)新機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 切秧器設(shè)計(jì) 12 裝薯拖車(chē)設(shè)計(jì) 13 裝薯拖車(chē)總體設(shè)計(jì) 13 拖車(chē)底架設(shè)計(jì) 14 桿式分離裝置設(shè)計(jì) 14第五章 基于ADAMS軟件的虛擬仿真及優(yōu)化分析 16 虛擬樣機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介 16 虛擬樣機(jī)仿真分析的實(shí)現(xiàn)過(guò)程 17 建立虛擬樣機(jī)模型 17 虛擬樣機(jī)的初步仿真分析 19 擺動(dòng)篩質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)仿真分析 19 位移仿真分析 19 速度仿真分析 20 加速度仿真分析 21第六章 馬鈴薯收獲機(jī)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì) 23 虛擬試驗(yàn)與優(yōu)化 23 參數(shù)化模型 23 設(shè)計(jì)研究 24 優(yōu)化分析 28第七章 結(jié)論與建議 33 結(jié)論 33 建議 33致 謝 34參考文獻(xiàn) 35第一章 緒論 馬鈴薯收獲機(jī)概況在馬鈴薯生產(chǎn)中,收獲作業(yè)難度最大,因此要實(shí)現(xiàn)馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化就必須重點(diǎn)解決收獲機(jī)械化問(wèn)題。馬鈴薯的機(jī)械收獲過(guò)程主要包括：挖掘、分離、撿拾、清選、分級(jí)和裝運(yùn)等工序。機(jī)械收獲馬鈴薯的方法有分別收獲法、分段收獲法和聯(lián)合收獲法三種。其中分別收獲法的工藝路線(xiàn)為挖掘分離撿拾清選；分段收獲由兩個(gè)階段組成：第一階段為挖土，分離土塊和雜物，并將薯塊鋪成一個(gè)狹窄條鋪。第二階段包括撿拾薯塊、清除泥土和雜質(zhì)，并將薯塊收入薯箱；聯(lián)合收獲是先用除秧機(jī)割去莖葉，而后一次性挖掘薯塊、分離土壤、輸送薯塊并進(jìn)行集裝。無(wú)論使用哪種收獲方法，—般對(duì)收獲技術(shù)提出如下要求：高生產(chǎn)率，高質(zhì)量，薯塊損傷少，工作時(shí)動(dòng)力及人工耗費(fèi)少，與雜質(zhì)分離，能夠在不同土壤條件下工作。馬鈴薯收獲機(jī)具經(jīng)歷了挖掘犁、挖掘機(jī)和聯(lián)合收獲機(jī)的發(fā)展歷程。 國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展概況 圖11 Pyra2 型馬鈴薯收獲機(jī) 圖12 迪沃夫馬鈴薯收獲機(jī) Pyra2 potato harvester potato harvester20世紀(jì)初，歐美國(guó)家首先出現(xiàn)了畜力牽引式挖掘機(jī)代替了傳統(tǒng)的手工挖掘薯塊的馬鈴薯收獲形式，隨后又改為拖拉機(jī)牽引或懸掛式。20 年代末又相繼出現(xiàn)了升運(yùn)鏈?zhǔn)胶蛼仈S輪式的馬鈴薯挖掘機(jī)。國(guó)外馬鈴薯機(jī)械化收獲起步早、發(fā)展快、技術(shù)水平高。在 40 年代初，前蘇聯(lián)、美國(guó)就開(kāi)始研制、推廣應(yīng)用馬鈴薯收獲機(jī)械，50 年代末即己實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。從50~60 年代馬鈴薯收獲機(jī)械在俄國(guó)（前蘇聯(lián)）、歐美等國(guó)開(kāi)始大量的生產(chǎn)使用，70 年代主要是研制大功率自走式根塊作物聯(lián)合收獲機(jī)械。在這些機(jī)型中，有很多是由大功率的拖拉機(jī)變型而成，如荷蘭在拖拉機(jī)的基礎(chǔ)上按照甜菜聯(lián)合收獲機(jī)的原理制成的四行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，為了加強(qiáng)篩選效果，分離器有四個(gè)液壓泵帶動(dòng)。70~80 年代，德、英、法、意大利、瑞士、波蘭、匈牙利、日本和韓國(guó)亦相繼實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯生產(chǎn)機(jī)械化[1]。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯的機(jī)械化收獲?？煞譃閮煞N類(lèi)型：第一類(lèi)是以俄羅斯、美國(guó)等國(guó)生產(chǎn)的機(jī)型為代表，普遍采用大功率自走式聯(lián)合收獲機(jī)。它們的特點(diǎn)是一次完成切蔓、挖掘、分離、篩選、分級(jí)、提升、卸料等作業(yè)，但是體積較為龐大、顯得有點(diǎn)笨重，而且消耗功率也大，僅適合在大面積的土地上使用，不適合中小地塊。第二類(lèi)是以德國(guó)、意大利、挪威等國(guó)生產(chǎn)的機(jī)型為代表與中型拖拉機(jī)配套的牽引式馬鈴薯收獲機(jī)。如德國(guó)“嘉博曼”公司生產(chǎn)的 Pyra2 型2行馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，該機(jī)裝有裝卸輸送帶、莖葉拔除輥、萬(wàn)向軸、照明設(shè)備，挖掘器還裝有轉(zhuǎn)向軸和壓縮空氣裝置，其配套動(dòng)力為 60KW，如圖 11 所示。如圖12所示比利時(shí)“迪沃夫”公司生產(chǎn)的馬鈴薯收獲機(jī)，它具有速度快，效果好，能將挖、篩、選同時(shí)操作等優(yōu)點(diǎn)。 國(guó)內(nèi)馬鈴薯收獲機(jī)械的發(fā)展概況20 世紀(jì)初的中國(guó)農(nóng)村，小面積的挖掘馬鈴薯主要采用了手工的鐵鍬或鋤頭的挖掘方式，較大面積的挖掘采用了畜力牽引犁，將薯塊翻出，由人工撿拾的方式進(jìn)行[2]。我國(guó)對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械的研制雖較早，但發(fā)展緩慢，目前處于中小型懸掛式集條收獲機(jī)的研制推廣階段。所研制機(jī)具的技術(shù)水平與國(guó)外相差甚遠(yuǎn)。最近幾年，我國(guó)有些地區(qū)開(kāi)始研制馬鈴薯（或其他根莖作物）收獲機(jī)，主要是小型挖掘機(jī)，如黑龍江齊齊哈爾建新廠(chǎng)研制的4U2牽引式馬鈴薯收獲機(jī)[3]，4U4 型馬鈴薯收獲機(jī)是西安圣農(nóng)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，主要適用于我國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)種植馬鈴薯的農(nóng)戶(hù)及小型農(nóng)場(chǎng)收獲馬鈴薯使用。生產(chǎn)效率高，特別是收獲壟上的種植馬鈴薯更能顯示其優(yōu)越性 圖13 4U2 馬鈴薯收獲機(jī) 圖14 4U4 馬鈴薯收獲機(jī) Fig13 4U2 Potato digger Fig 14 4U4 Potato digger[4]。中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化設(shè)計(jì)了兩種新型馬鈴薯收獲機(jī)，一種是背負(fù)式 4UL1型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)。另一種是拖拉機(jī)后懸掛式 4UW120 型馬鈴薯挖掘[5]。該馬鈴薯挖掘機(jī)與 ，采用獨(dú)特的弧形指狀排輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行土薯分離，解決了傳統(tǒng)抖動(dòng)鏈?zhǔn)綑C(jī)構(gòu)故障率高、傳動(dòng)不平衡的致命缺陷，工作更可靠。 馬鈴薯收獲機(jī)存在的主要問(wèn)題從近幾年試驗(yàn)情況來(lái)看，馬鈴薯機(jī)械收獲主要存在以下問(wèn)題:(1)土薯分離效果不好，明薯率較低。(2)馬鈴薯?yè)p傷較重，傷薯率較高。(3)可靠性差。表現(xiàn)為故障較多，工藝輔助時(shí)間長(zhǎng)，作業(yè)效率低。(4)動(dòng)力儲(chǔ)備不足。在挖掘深度增加時(shí)明顯表現(xiàn)出動(dòng)力不足，難以滿(mǎn)足薯塊收獲的動(dòng)力需要。(5)適應(yīng)性差。表現(xiàn)為適應(yīng)沙土條件的適應(yīng)不了壤土：在莖葉枯黃時(shí)能正常作業(yè)，在莖葉青綠時(shí)則出現(xiàn)壅土、纏秧而不能正常作業(yè)。目前我國(guó)落后的馬鈴薯收獲技術(shù)嚴(yán)重制約了農(nóng)民的生產(chǎn)水平，因此應(yīng)不斷提高馬鈴薯收獲機(jī)生產(chǎn)率并改善馬鈴薯收獲質(zhì)量[6]。 分離裝置概狀由挖掘器進(jìn)入分離裝置的土垡包括薯塊、碎土、土塊、石頭、莖葉和雜草等。分離裝置在工作時(shí)承受的負(fù)荷很大，其單位寬度喂入量達(dá)100150kg/(sm)，要求分離掉的土壤達(dá)7080％，工作可靠，對(duì)薯塊的損傷小，并在分離的同時(shí)把剩余部分向后輸送，以便在后面進(jìn)一步的清選和分離。按分離原理，分離裝置大致可分為十一類(lèi)，如表1所示[7]。表1 分離裝置的類(lèi)型目前生產(chǎn)上廣泛采用的是按薯塊的幾何尺寸進(jìn)行分離的工作裝置，如桿條式升運(yùn)器、分離篩、滾筒篩、圓盤(pán)篩等，這些通常用作現(xiàn)代薯類(lèi)收獲機(jī)械的主要分離裝置。其余配置在主要分離裝置后部，有的用在固定式輔助清理裝置上。 本課題研究的目的與意義本課題主要是針對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)械存在的土薯分離效果不好，明薯率較低，馬鈴薯?yè)p傷較重等問(wèn)題，在現(xiàn)有機(jī)型基礎(chǔ)上不斷攻關(guān)完善，對(duì)分離裝置工作原理進(jìn)行分析研究，對(duì)影響其工作性能的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)較好的土薯分離效果和降低馬鈴薯的損傷。開(kāi)展本課題的研究，不僅可以提高土薯分離效果，降低傷薯率，而且對(duì)于提高整機(jī)工作性能和效率，降低制造成本，確保機(jī)組正常運(yùn)行和提高馬鈴薯品質(zhì)，減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模效益，推動(dòng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的意義。與此同時(shí)，本文以Solidworks與ADAMS為平臺(tái)找出了一種馬鈴薯收獲機(jī)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 本課題的王要研究?jī)?nèi)容針對(duì)馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計(jì)方法過(guò)于傳統(tǒng)及使用過(guò)程中傷薯率高、明薯率低等問(wèn)題，使用三維實(shí)體建模軟件SolidWorks對(duì)小型馬鈴薯收獲機(jī)零部件進(jìn)行了參數(shù)化造型，并在ADAMS中對(duì)擺動(dòng)分離篩虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真分析。獲得了收獲機(jī)參數(shù)化模型，完成了擺動(dòng)分離篩篩分性能關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化，提供了一種馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。主要研究?jī)?nèi)容如下： (1)建立小型馬鈴薯收獲機(jī)三維模型，完成裝配并隨時(shí)進(jìn)行干涉檢驗(yàn)。完成各零部件及裝配圖的二維圖繪制。 (2)建立該機(jī)具分離裝置的虛擬樣機(jī)模型，并進(jìn)行仿真分析。通過(guò)虛擬試驗(yàn)尋找出影響分離裝置篩分性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 (3）根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法，對(duì)分離裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得優(yōu)化結(jié)果。 (4)為實(shí)現(xiàn)小型馬鈴薯收獲機(jī)一次性完成切秧、挖掘、分離、裝薯等工序，針對(duì)切秧器和裝薯拖車(chē)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。