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果园开沟机实验研究及优化设计（硕士学位论文），共53页。
摘 要
林果业是我国“家庭农场”式新型农业经营主体的主流产业，其快速发展也是地方经济社会可持续发展的需要。灌溉与追肥在果树的生产管理中起到至关重要的作用，其合理与否不但可以缩小果树大小年的产量差，还可以提高果树产量和果品质量及经济效益。在灌溉与施肥时采用果园开沟机来代替人工挖沟，不但可以节省大量劳动力，提高作业效率降低生产成本，而且开沟质量也要比人工开沟要好。为了确保开沟质量、提高作业效率、降低生产成本就需要开沟机具有更加稳定的作业性能，本课题针对自主研发的 3GK-300 型果园开沟机进行了实验研究与优化设计。通过实验找出开沟机可能存在的问题并对其进行优化改进，以提高果园开沟机整机作业性能。所做主要工作包括：
1. 根据果树栽培模式及果园施肥开沟园艺要求，针对开沟机在果园进行开沟作业时可能遇到的问题，制定了果园开沟机性能实验方案，包括开沟机作业动力性能实验、开沟刀性能实验、开沟机作业质量实验、果园实际生产实验。通过实验来对开沟机在果园环境中作业的适应性、开沟器的动力消耗、机具作业性能及作业质量进行考察，同时考核关键开沟部件开沟刀性能。
2. 果园开沟机动力性能实验主要是针对开沟器部分的动力消耗来进行，由于该部分功率偏大从而导致开沟机对浅山丘陵地区果园的适应性不好，爬坡作业时开沟机动力不足。通过分析提出解决方案，利用ANSYS/LS-DYNA 软件构建开沟刀切土模型进行实验，找到切土速度与切土阻力之间的关系，优化开沟切土参数，从而将开沟器切土功率降低。
3. 果园开沟机的开沟刀性能实验与作业质量实验同时进行，通过实验发现开沟机作业质量完全符合 NY/T740-2003 田间开沟机械作业质量标准，能够满足施肥开沟园艺要求。但是开沟刀在作业过程中磨损严重，不利于开沟机的日常维护，增加生产成本，降低了开沟机长期作业的稳定性。通过对耐磨损技术研究，利用表面工程技术中喷焊金属陶瓷涂层工艺来提高开沟刀刀刃部分的硬度与耐磨性，通过台架实验与实际挖沟实验证明，刀刃表面喷焊Ni60A金属陶瓷涂层能够使刀具使用寿命提高2.5倍，同时可以利用该技术对磨损刀具进行修复再利用。
4. 利用虚拟样机技术对样机进行优化设计，通过三维仿真软件对果园开沟机生产实验中存在的运输通过性不好与传动链轮齿根处卡土问题进行优化改进，用 AIP软件建立 3GK-300 型果园开沟机的三维数字样机进行运动仿真与动态干涉检查，找出问题优化改进。
对优化改进后的果园开沟机进行新样机的试制，通过对比实验发现改进后样机作业性能大大提高，切土功率降低 18%，开沟刀使用寿命提高 2.5 倍，对果园复杂环境适应性更强。
关键词：果园；开沟机；开沟刀；实验；优化设计

目 录
1 引言 1
11 课题研究背景 1
12 课题研究意义 1
13 开沟机研究的国内外现状 2
131 国外研究现状综述 2
132 国内研究现状综述 4
14 课题研究方法及主要内容 5
2 果园开沟机性能实验 6
21 实验样机 6
22 实验目的 6
23 开沟动力消耗实验 7
231 功耗测量原理 7
232 实验仪器与环境 7
233 功耗测量实验 8
24 开沟刀性能实验与作业质量检测 8
241 实验方案 9
242 实验仪器与实验环境 9
243 开沟刀性能实验 10
244 开沟机作业质量检测 11
25 生产实验 13
26 实验结果及分析 13
261 开沟功耗实验结果及分析 13
262 开沟刀性能实验结果与分析 15
263 开沟机作业质量检测结果及分析 16
264 生产实验问题分析 16
3 开沟刀切土模型实验及优化 18
31 ANSYS/LS-DYNA 软件简介 18
32 开沟刀切土有限元模型 19
321 开沟刀三维实体模型 19
322 土壤模型 19
323 切土有限元模型 20
33 切土模型在 ANSYS/LS-DYNA 软件中参数设定 20
34 切削过程数值模拟 21
35 数值模拟结果分析 22
351 切削应力分析 22
352 切削阻力分析24
353 切削功率分析24
36 切削参数优化25
361 开沟刀排列参数优化25
362 开沟刀切土参数优化26
363 传动参数优化27
37 小结27
4 开沟刀耐磨损性实验研究28
41 开沟刀工艺优化实验28
411 实验方案确定28
412 处理工艺及实验28
42 表面技术耐磨损性实验29
421 耐磨损性实验方案30
422 实验样件制备30
423 实验设备选择31
424 实验载荷确定31
425 磨损时间确定32
426 实验及数据采集32
43 数据分析与处理33
5 虚拟样机设计34
51 虚拟样机模型34
52 通过性优化设计34
521 升降机构优化35
522 液压缸确定35
53 开沟链轮优化设计36
6 样机试制与试验38
61 优化样机试制38
62 优化样机实验38
7 结论与展望39
71 结论39
72 展望39
参考文献40
作者简历49
致 谢50