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贵州省是我国第二大烟草产地,因而对当前贵州烟叶生产中存在关键技术难题的山地小型深耕机具开展研发与应用,以满足农艺要求,实现相应生产环节省工、降本、增效至关重要。受地形地貌条件的影响,贵州山区烤烟生产中多数农户使用微耕机进行耕地,由此造成烟地板结,使得水、肥入渗困难,直接影响烟苗的生长,最终影响烟叶的质量。因此,开发一种适合贵州山区使用的小型深耕机(耕深至少达到25cm)具有重要的生产意义。本文的主要研究内容分为5个部分: (1)小型履带式链式深耕机的设计。首先进行设计方案构思,对总体结构、工作原理以及技术参数进行介绍。其次对其关键部件链式深耕装置和液压控制系统的基本结构、参数计算以及力学分析进行了详细阐述。进而又对其它关键部件的设计及三维造型进行了介绍。最后又对整个装配体进行干涉检查以及对深耕机核心装置—深耕装置传动链进行了运动仿真,以确保机器的正确安装及机器功能设计的合理性。 (2)链式深耕装置的结构静力学分析。对深耕机的链式深耕装置受力分析,创建了该装置的几何模型并导入有限元分析软件ANSYS Workbench中,通过网格划分、加载求解等步骤得出了有限元分析结果,并进行了分析讨论。通过分析,得到了深耕装置的变形情况以及应力和应变分布规律,找出了链式深耕机深耕装置的应力集中部位,为深耕装置的改进提供了理论依据。 (3)链式深耕装置的结构动力学分析。介绍了动力学分析的概述,论述了模态分析和谐响应分析的概述,对小型履带式链式深耕机的链式深耕装置进行了模态分析和谐响应分析。通过对该机器链式深耕装置的模态分析,求解出其前6阶固有频率并生成图像,以使链式深耕装置可以拥有良好的动态特性。通过谐响应分析,分别获得链式深耕装置应力、位移分别跟频率响应的关系曲线,得出对链式深耕装置影响大的频率数值,链式深耕装置大约在29Hz、34Hz处有较大的应力和变形响应。而这些频率也刚好处在链式深耕装置第一阶和第二阶固有频率的附近,导致本课题研究深耕机在作业时会在第一阶和第二阶模态下发生振动。但是变形量最大的也仅为1.4mm左右,变形量非常小,因而对整个深耕装置来说影响也非常小,忽略不计。链式深耕装置在工作频率21.6Hz处不会发生共振,而且在此频率处其最大应力为82.065MPa,最大变形量为0.84214mm,能够满足深耕要求。 (4)小型履带式链式深耕机刀具切削土壤数值模拟。通过Solidworks、ANSYS/LS-DYNA软件搭建刀具和土壤几何模型,运用显式非线性动力分析的方法,开展刀具的土壤切削数值模拟过程,对单个刀具切削土壤过程进行分析,并对其切削力以及切削深度进行了分析,旨在分析切削力以及拟为链式深耕机刀具切削土壤的数值模拟研究提供参考依据。 (5)所设计的第一代小型履带式链式深耕机在毕节市部分区(县)进行试验。田间通过性好、作业后地表平整,使用可靠性高,操作轻松,重点是达到了本课题研究的设计目的,耕深达到25cm。因而受到广大用户的一致认同,已经在小范围内进行使用。