水稻整株秸稈還田關(guān)鍵部件模糊可靠性設(shè)計及試驗研究

【摘要】： 作物秸稈是一種重要的生物資源,其利用涉及到整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的土壤肥力及水土保持,也涉及到環(huán)境安全以及可再生資源的有效利用等可持續(xù)發(fā)展問題。秸稈還田是增加土壤有機(jī)質(zhì)、培肥地力、改善土壤結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)保水保肥能力、防止地表板結(jié)、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)后勁的實用技術(shù)措施,不但解決了目前化肥施用過多帶來的后果,也解決了因秸稈“過?！倍鸭?、焚燒造成環(huán)境污染的問題。農(nóng)作物秸稈通過機(jī)械方式直接還田對合理利用自然資源、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和生態(tài)效益有重要意義,符合農(nóng)業(yè)部“秸稈還田工程”要求。 目前,我國研制的秸稈還田機(jī)機(jī)型少,應(yīng)用不普遍,且秸稈還田率低。針對以上存在的問題,本文在1ZT-210型整株秸稈還田機(jī)的基礎(chǔ)上,對關(guān)鍵部件進(jìn)行了靜態(tài)仿真及模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計,提高了機(jī)器的可靠性,使機(jī)具結(jié)構(gòu)更加合理,具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實用性。主要研究工作為: (1)采用ABAQUS軟件對埋草刀軸進(jìn)行靜力仿真,以便得到刀軸薄弱部位。 (2)通過刀軸瞬態(tài)動力學(xué)分析結(jié)果,得出刀軸在不同的埋草刀入土?xí)r,刀軸中部的具體應(yīng)力值。 (3)利用傳感器技術(shù)及DH5937測試系統(tǒng),對刀軸和刀片進(jìn)行彎、扭矩數(shù)據(jù)的采集,編制刀軸的綜合載荷譜。 (4)利用綜合載荷譜,結(jié)合材料的疲勞曲線及Miner線性累積損傷理論,估算刀軸的壽命等主要參數(shù)。 (5)建立部件的力學(xué)模型,將可靠度作為約束條件之一,利用MATLAB軟件對刀軸和彎刀進(jìn)行模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計。 (6)對刀軸進(jìn)行模糊綜合評判,確定刀軸的最佳厚度;利用可靠性靈敏度分析的數(shù)值方法,有效地反映影響刀軸功能的各隨機(jī)變量對其失效的影響程度。 本文通過上述的仿真、設(shè)計及試驗,得到刀軸的薄弱部位為其中部;編制了刀軸的彎扭矩載荷譜,估計出了刀軸的壽命為2113h:對刀軸和彎刀進(jìn)行了模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計,得到了最佳參數(shù)組合并提高了可靠性。結(jié)果為提高機(jī)器的可靠性、優(yōu)化機(jī)具結(jié)構(gòu)、提高機(jī)具壽命及進(jìn)一步研究提供了重要的理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：水稻整株秸稈 還田機(jī) 關(guān)鍵部件 有限元 應(yīng)力仿真 載荷譜 模糊可靠性 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：S224.29
【目錄】：

• 中文摘要8-9
• 英文摘要9-11
• 1 引言11-19
• 1.1 課題研究的目的和意義11-12
• 1.2 水稻秸稈還田機(jī)的研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 國外秸稈還田機(jī)研究現(xiàn)狀及趨勢12
• 1.2.2 國內(nèi)秸稈還田機(jī)研究現(xiàn)狀及趨勢12-13
• 1.2.3 我國秸稈還田的發(fā)展前景及建議13-14
• 1.3 國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械對模糊可靠性技術(shù)的應(yīng)用14-17
• 1.3.1 機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用模糊技術(shù)的必然性14-15
• 1.3.2 模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展15-16
• 1.3.3 國外農(nóng)業(yè)機(jī)械對模糊可靠性技術(shù)的應(yīng)用16
• 1.3.4 國內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械對模糊可靠性技術(shù)的應(yīng)用16-17
• 1.4 可靠性技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用前景17
• 1.5 研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線17-19
• 2 水稻整株秸稈還田機(jī)關(guān)鍵部件力學(xué)模型19-25
• 2.1 機(jī)器的結(jié)構(gòu)及特點19
• 2.2 機(jī)器工作原理19-20
• 2.3 關(guān)鍵部件的受力分析20-25
• 2.3.1 埋草彎刀的受力分析20-21
• 2.3.2 刀軸的受力分析21-25
• 3 關(guān)鍵部件應(yīng)力仿真及可靠性試驗25-53
• 3.1 有限元及仿真軟件(ABAQUS)簡介25
• 3.2 刀軸的應(yīng)力仿真25-35
• 3.2.1 刀軸的靜力仿真25-33
• 3.2.2 刀軸瞬態(tài)結(jié)構(gòu)動力仿真33-35
• 3.3 刀軸載荷仿真驗證試驗35-43
• 3.3.1 試驗地點和設(shè)備35-36
• 3.3.2 扭矩傳感器36-39
• 3.3.3 信號輸出裝置39-40
• 3.3.4 扭矩傳感器的標(biāo)定及數(shù)據(jù)處理40-41
• 3.3.5 刀軸扭矩測量試驗設(shè)計41-43
• 3.4 扭矩載荷譜的編制43-46
• 3.4.1 雨流計數(shù)法(RF法)44-45
• 3.4.2 刀軸扭矩載荷譜45-46
• 3.5 埋草彎刀的載荷驗證試驗46-50
• 3.5.1 埋草彎刀彎矩測試方法設(shè)計46-49
• 3.5.2 彎刀的靜態(tài)標(biāo)定49-50
• 3.6 彎矩載荷譜的編制50-53
• 4 刀軸的疲勞壽命估算53-59
• 4.1 構(gòu)件承受載荷與構(gòu)件壽命的關(guān)系53-55
• 4.1.1 邁內(nèi)爾(Miner)線性累積損傷理論53
• 4.1.2 當(dāng)量載荷的建立53-55
• 4.2 復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下刀軸的疲勞壽命估算55-59
• 5 關(guān)鍵部件的模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計59-76
• 5.1 可靠性設(shè)計的指標(biāo)59-60
• 5.2 模糊可靠性理論60-61
• 5.2.1 模糊集合60-61
• 5.2.2 模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計61
• 5.3 刀軸的模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計61-66
• 5.3.1 刀軸的模糊可靠度函數(shù)61-63
• 5.3.2 刀軸模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型63-65
• 5.3.3 刀軸優(yōu)化結(jié)果65-66
• 5.4 刀軸的模糊綜合評判66-68
• 5.4.1 建立因素集66
• 5.4.2 建立因素權(quán)重集66
• 5.4.3 建立備擇集66-67
• 5.4.4 模糊綜合評判67-68
• 5.5 刀軸可靠性靈敏度分析68-71
• 5.6 埋草彎刀的模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計71-76
• 5.6.1 MATLAB中遺傳算法工具箱步驟72
• 5.6.2 刀片建模72-74
• 5.6.3 優(yōu)化結(jié)果74-76
• 6 結(jié)論與展望76-78
• 6.1 結(jié)論76
• 6.2 改進(jìn)措施及展望76-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 附錄83-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86

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