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一种蕨麻采摘机的仿真设计
发布日期:2019-01-03 新闻来源: 正文字号
陈斌林1 段广云2
1、湟中灵峰蕨麻种植专业合作社  2、青海大学机械工程学院
自20世纪40年代以来,国外已经开发了根茎类作物的收获机械,实现了萝卜、花生、甜菜、大蒜、土豆和洋葱的机械化收获[1-2]。意大利的DSC-120和日本久保田开发的DCL-130土豆挖掘机已实现土豆机械化收获;来自LIM Ston MFG的LP-2和来自荷兰密歇根州的PH-2花生收获机械已经实现了花生的机械化收获;LLY MANU制造在美国研制了基于KMC3376和KMC3374的花生联合收获机[3-5]。这些模型具有先进技术和高可靠性的优点,但相对而言,其结构比较复杂,主要适用于浅根作物的收获[6]。美国W.S.Co和M.I.DaWelBeIT(1999)也对马铃薯和花生收获机的振动犁铲进行了研究。为了减小阻力,进行了动态参数的试验优化。结果表明,影响犁耕阻力的主要因素是振动频率、振幅和机械速度。
通过对现有的根茎类作物收获机的情况的分析,截至目前,国内外尚没有专门针对蕨麻作物的收获机械,而国内根茎类挖掘机的机械性能不优,工作性能也不稳。青海地处高寒、高海拔地区,具有独特的土壤和气候条件,因此蕨麻的收割具有独特的区域特点,国内外根茎类作物收获机的使用很难满足青海地区的蕨麻收获要求[7]。目前青海地区蕨麻的挖掘收获作业大部分依靠人工,需要消耗大量的人力、时间,这种现状严重影响了蕨麻的经济效益及蕨麻产业的规模化发展。由于蕨麻属根茎类作物,国内有关根茎类收获机方面的文献和报道屡见不鲜,可供借鉴的有马铃薯、胡萝卜、大蒜、甜菜、鱼腥草等作物采摘机,但此类机器不适合青海地区蕨麻收获的要求,这是因为:小型马铃薯、花生、大蒜、甜菜等收获机,由于挖掘深度和分离尺寸(>20 mm)较大且是对行收获,对于种植密度大、挖掘深度大且块茎较小(<20 mm)的蕨麻收获不适合[8-10]。
市场上已经开发出适合中药材的多功能收获机,这些中药材块茎大小、形状与蕨麻相近,但因种植环境不同,也不适合蕨麻的收获。青海地区的土质粘性大,根茎与土壤的分离存在阻力大、分离不彻底等困难。因此开发专用的蕨麻收获机是促进蕨麻规模化种植的必然趋势。
1 仿真设计
1.1机架的有限元分析
有限元是离散的元素,可以组合来表示真实的连续域。有限元的概念在几个世纪以前就已经产生和应用了。例如,圆的周长是通过使用多边形(有限线单元)来近似圆的,但它是作为一种方法提出的最新事物。有限元法(FEM),最初被称为矩阵逼近法,被应用于飞行器结构强度的计算,由于其方便、实用,是有效的数值分析方法。
有限元法、有限差分法、边界元法和有限体积法是工程技术中常用的方法,但使用最广泛的是有限元法。从数学的角度来看,有限元法是基于变分原理和插值算法的,是工程技术领域的一种数值分析方法。有限元法与计算机的结合产生了各种设计分析软件吗,如ANSYS、Abaqus、FEM AP/NX NASTRAN、HyfMap、COMSOL多物理、FEPG等。
Solidworks Simulation仿真是一种基于有限元技术的分析软件。它类似于Ansys,但其仿真操作方便,用户交互强,易于学习。其分析过程基本步骤如下:(1)建立模型;(2)模型优化;(3)确定夹具;(4)施加力;(5)划分网格;(6)运行得出结论。
1.2分析过程及其结论
首先在SolidWorks软件中打开插件Solidworks Simulation并对机架进行干涉分析,然后消除干涉选择机架装配模型,为了划分网格,简化了模型,把槽钢换成了实体钢材,并删除一凸台、倒角等。
第一步,新的算例,然后确定机架的材料,此机架选用Q235碳素钢。
 

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