弹齿滚筒式棉桃采摘装置的设计研究-农业机械化工程专业论文.docxVIP

Design and Research on the Cotton Boll Picking Device of Spring Tooth Roller-Type A Dissertation Submitted to Shihezi University In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering By Junjiang - Li (Agricultural Mechanization Engineering) Dissertation Supervisor: Prof. Yong-cheng Chen June,2015 石河子大 学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性 声 明 本人所呈交的学位论文是在我导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知 ，除 文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体 ，均已在文 中作了明确的说明并表示谢意。 研究生签名 : /奋 斗全江 时 间 : JO/界 4月 Ib日 使用 授权声 明 本人完全了解石河子大学有关保留、使用学位论文的规定 ，学校有权保留学位论文并向国家主 管部门或指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文在学校图书馆保存并允许被查阅 。 有权自行或许可他人将学位论文编入有关数据库提供检索服务。有权将学位论文的标题和摘要汇编 出版。必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本规定。 研究生签名 : 马俊 认 导师签名 : 仅二吵; 时间 : JOrs 年 6 月 J 日 时问: )0β 年 d 月 Ia， 日 I I 摘要 棉花是我国重要的经济作物和战略物资，在国民经济和社会发展中占有重要地位。新疆作为我 国主要三大棉花产区之一，已成为我国最大的国家级商品棉基地和最重要的优质棉产区。但是，由 于成本的原因，未能吐絮的棉桃大多废弃不收，尤其是棉花机械化采收后废弃的棉桃浪费十分严重。 本文在分析棉桃收获机械国内外研究现状的情况下，借鉴国外成熟机型，根据新疆的棉花种植特点， 设计了弹齿滚筒式棉桃采摘装置，并对采摘装置进行运动学和动力学仿真分析，优化结构，通过采 摘试验，得到采摘装置的结构参数和运动参数的最优组合。主要研究内容如下： （1）对棉桃的物理机械特性进行测定。 实地测量了棉花的种植模式以及棉桃的形状、直径、质量、含水率等特性；通过电子万能试验 机测得棉桃果柄与茎秆的连接力以及棉桃与果柄的连接力；通过试验测得棉桃的碰撞恢复系数、静 摩擦系数、滚动摩擦系数、棉桃的弹性模量等参数。 （2）对采摘装置的采摘原理和运动过程进行了分析，得到弹齿端点运动的轨迹方程；针对棉桃 采摘装置工作状态和非工作状态两种情况进行了受力分析，为后文采摘装置的仿真分析提供力学基 础；依据第二章得到测量数据，对采摘装置的关键部件如机架、滚筒、弹齿、过桥、液压缸、传动 系统进行结构设计。 （3）通过 Adams 运动学仿真软件模拟了弹齿与棉桃采摘碰撞过程，得出随着滚筒转速增大， 碰撞力随之增大，并得出滚筒转速的合理范围在 150r/min-230r/min；通过 ANSYS 有限元分析软件分 析了采摘装置在弯曲工况下机架最大应力为 52.11MPa，最大位移值为 0.998mm，在极限扭转工况下 机架最大应力为 102.5MPa，最大形变量为 3.14mm，皆满足设计要求；分析采摘时弹齿的最大应力 ???105 Mpa，最大位移为 1.58mm，满足设计要求；通过 EDEM 离散元仿真软件的仿真分析，得到 了采摘过程中任意一颗棉桃的运动轨迹及运动过程中的速度大小变化，并根据棉桃的运动轨迹优化 护板。 （4）通过单因素试验确定了棉桃采摘装置的较优参数，并通过正交试验的极差分析和方差分析 得到采摘装置结构参数和运动参数的最优组合，即：当弹齿间距为 50mm，采摘装置进给速度为 1.5m/s，滚筒的转速为 200r/min 时采摘装置的采净率达到最大 94.78%，含杂率达到最小为 7.54%。 关键词：棉桃；弹齿滚筒式采摘装置；仿真；试验 II II Abstract As one of Chinas three major cotton product areas,Xinjiang has become Chinas largest national commodity cotton base and most importantly quality cotton producing areas. However, due to cost reasons, cotton bolls fail