發(fā)布時(shí)間：2021-07-13 12:24

　　本文以蘋果樹修剪設(shè)備的關(guān)鍵部件圓鋸片為研究對(duì)象,為探究鋸片在鋸切蘋果枝條過程中的受力規(guī)律,設(shè)計(jì)搭建了枝條鋸切試驗(yàn)臺(tái)并依托ABAQUS軟件為基礎(chǔ)構(gòu)建了合理的枝條鋸切模型。鋸切試驗(yàn)臺(tái)可模擬蘋果枝條修剪過程中鋸片的受力狀態(tài),完成數(shù)據(jù)采集與分析,通過單因素試驗(yàn)與多因素正交試驗(yàn),探究了鋸切速度、進(jìn)給速度、枝條直徑在一定范圍內(nèi)的變化對(duì)鋸切力的影響趨勢(shì),并探究不同含水率的枝條對(duì)鋸切力的影響。利用ABAQUS軟件對(duì)鋸片鋸切蘋果枝條的過程進(jìn)行了顯式動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬仿真。以文獻(xiàn)為基礎(chǔ),從建模、網(wǎng)格劃分、選擇材料本構(gòu)模型到求解過程進(jìn)行探索,最終建立了合適的鋸切系統(tǒng)有限元模型。通過實(shí)驗(yàn)與仿真互相對(duì)比,印證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性。通過有限元分析,在鋸切速度20～50m/s、進(jìn)給速度300～1500mm/s和枝條直徑10～40mm的變化范圍內(nèi),探究了單因素變化對(duì)鋸切力的影響趨勢(shì),并利用正交試驗(yàn)探究了各因素對(duì)鋸切力的影響程度。進(jìn)行多組有限元仿真結(jié)果比對(duì)探究最適宜的鋸切參數(shù),最終確定在進(jìn)給速度900mm/s、鋸切速度50m/s時(shí)鋸切力最小,鋸切受力狀況最合理。 

【文章來源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

小型往復(fù)式修剪設(shè)備Figure1.1Mini-typetrimmingequipment

蘋果枝條鋸切力學(xué)試驗(yàn)仿真與探究8圖1.2雙邊齊切柑橘修剪機(jī)Figure1.2Bilateralcutcitruspruningmachine國內(nèi)修剪機(jī)起步晚，近十年來在設(shè)備種類、功能等多個(gè)方面進(jìn)步明顯，但是與國外相比仍然有較大差距，在自動(dòng)化、高校環(huán)保、安全可靠等方面還有許多問題亟待解決，進(jìn)步空間還有很大（徐文玉，2017）。不難看出，對(duì)于較為高大的果木，國外設(shè)計(jì)的用以整株幾何修剪的大型設(shè)備往往采用圓盤鋸鋸切的方式進(jìn)行剪枝，這是因?yàn)橄啾扔谕鶑?fù)切斷和圓盤刀式切割分別存在切割效率低、切割效果差和對(duì)作物破壞嚴(yán)重的缺點(diǎn)，鋸盤式切割器的優(yōu)點(diǎn)主要有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、可靠性好、適應(yīng)性強(qiáng)等，在蘋果樹剪枝過程中尤為重要（M.O.Faborode，1987）。木工鋸片橫向鋸切樹枝，具有切口孝平整光滑且不留殘樁、有利于切后愈合等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋸片鋸切枝條直徑范圍大，符合果樹園藝切口要求。因此，鋸切式剪枝是國內(nèi)外樹木修剪機(jī)械的主要發(fā)展方向。但是同時(shí)，圓鋸片切割也存在鋸片刀具磨損大的缺點(diǎn)，所以，對(duì)蘋果枝條進(jìn)行力學(xué)分析，探究其在鋸切時(shí)的力學(xué)特性，有利于優(yōu)化蘋果枝條的鋸切參數(shù)，能夠降低鋸切過程的功耗，提高鋸片的使用壽命，同時(shí)該研究對(duì)于蘋果枝條鋸切設(shè)備的研發(fā)與使用也具有重要意義。1.4研究方法與內(nèi)容以國內(nèi)外鋸切機(jī)理研究現(xiàn)狀作為基礎(chǔ)，在現(xiàn)有的鋸切機(jī)理研究與蘋果枝條力學(xué)性能研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)加工出一臺(tái)蘋果枝條的鋸切試驗(yàn)臺(tái)，能夠收集枝條在鋸切過程中的受力情況。針對(duì)我國常見蘋果品種的枝條進(jìn)行研究，以優(yōu)化鋸切力和鋸切刀口質(zhì)量為主要研究目標(biāo)，分析出不同直徑、含水率、鋸切速度、進(jìn)給速度等因素對(duì)鋸切能耗、鋸斷效果和鋸切力的影響，為蘋果枝條修剪設(shè)備的設(shè)計(jì)研究提供一定的數(shù)據(jù)參考和理論基矗同時(shí)，通過查閱文獻(xiàn)資料，全面了解當(dāng)今林木

蘋果枝條鋸切力學(xué)試驗(yàn)仿真與探究12（c）左右齒(c)Leftandrightteeth圖2.1三種不同齒形Figure2.1Threedifferenttoothshapes不同的齒形使用有不同的用途，梯平齒的鋸片多用于鋁型材、鋁板的切削；平齒一般用于木材、鋁材開槽；左右齒型鋸片便于切斷木質(zhì)纖維，因此多用于木材加工。所以本文試驗(yàn)使用左右齒鋸片進(jìn)行。高速木材切削多使用硬質(zhì)合金鋸片進(jìn)行，該鋸片在結(jié)構(gòu)上較普通圓鋸片多了降聲槽、熱脹槽等結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖2.2所示：圖2.2鋸片構(gòu)成Figure2.2Sawbladeconstruction1-合金刀頭；2-基體；3-刃厚；4-基體厚b；5-前角；6-后角；7-橫向前角；8-倒后角；9-頂角；10-側(cè)面向心角；11-外徑；12-內(nèi)徑；13-伸縮縫；14-靜音防振線；15-消音散熱銅釘其中，與切屑接觸的鋸齒面為前刀面，與之相對(duì)的面為后刀面，前、后刀面之間的交線即為主刀刃（王雨晨，2019）。刀刃楔角是評(píng)價(jià)刀具刀刃是否鋒利的標(biāo)準(zhǔn)，其在結(jié)構(gòu)上是前刀面與后刀面間的夾角，一般來說楔角越小，刀刃越鋒利但是強(qiáng)度也越差，楔角越大刀刃越鈍但強(qiáng)度增強(qiáng)。前角γ由前刀面與切削平面垂直基面所圍成，切

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