林木枝丫壓縮特性及其車載式壓縮打捆裝置研究.pdf

1、大力發(fā)展可再生能源是我國能源戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)我國能源可持續(xù)發(fā)展的必由之路。林業(yè)生物質(zhì)資源是重要的可再生資源，我國開發(fā)和利用林業(yè)生物質(zhì)資源具有巨大優(yōu)勢。本論文基于《全國林業(yè)生物質(zhì)能發(fā)展規(guī)劃2011～2020年》和《全國林業(yè)機(jī)械發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》中的重點(diǎn)研發(fā)山場移動式枝丫收集、打捆、壓縮運(yùn)輸裝備的方向，依托中央高校博士研究生自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目和國家林業(yè)局“948”項(xiàng)目，提出林木枝丫壓縮特性試驗(yàn)及研究分析方法，在林木枝丫打

2、捆機(jī)關(guān)鍵裝置壓縮倉的數(shù)字化設(shè)計(jì)及分析、打捆機(jī)樣機(jī)設(shè)計(jì)及制造、林間試驗(yàn)檢測等幾個(gè)方面開展研究。
　　本文選取樟子松、丁香及桉樹三種南北方常見的林木枝丫作為試驗(yàn)材料，利用電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行林木枝丫壓縮特性的試驗(yàn)與研究，并提出其壓縮特性的理論分析方法;應(yīng)用SPSS數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析軟件構(gòu)建林木枝丫材在壓縮過程中所受的壓強(qiáng)與壓縮位移、壓強(qiáng)與壓縮密度、壓縮密度與體積模量的數(shù)學(xué)模型;通過優(yōu)化分析分別確定林木枝丫試材的最佳壓縮密度值及相應(yīng)最佳壓強(qiáng)值，

3、并確定作用于壓縮倉關(guān)鍵部件的最大壓強(qiáng)值0.24MPa作為設(shè)計(jì)參數(shù)。
　　結(jié)合國內(nèi)外森林工業(yè)裝備現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，根據(jù)森林采伐運(yùn)輸作業(yè)系統(tǒng)的實(shí)際環(huán)境和條件，提出車載式林木枝丫打捆機(jī)壓縮倉的主要技術(shù)要求和設(shè)計(jì)參數(shù);確定壓縮倉的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，并應(yīng)用Pro/E軟件構(gòu)建壓縮倉三維模型及整機(jī)裝配模型，完成壓縮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析和干涉檢查。
　　應(yīng)用ADAMS動力學(xué)分析軟件對壓縮倉的關(guān)鍵部件和驅(qū)動液壓油缸進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)特性研究分析;

4、應(yīng)用最大壓強(qiáng)值及壓縮部件的面積確定所施加的最大壓力為900kN，建立了壓縮倉ADAMS動力學(xué)特性分析邊界條件;獲得不同壓縮部件的液壓油缸的最大載荷分別為490kN，180kN和230kN;對壓縮倉側(cè)推板的角位移、角速度和角加速度的動力學(xué)特性進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明，壓縮部件在整個(gè)擺動運(yùn)動過程中加速度運(yùn)動變化較小，但在擺動運(yùn)動的啟停瞬間，加速度會發(fā)生突變，存在驟然啟停特性。研究結(jié)果為壓縮倉的設(shè)計(jì)及輔助的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支撐，為后續(xù)的A

5、NSYS有限元分析壓縮倉關(guān)鍵部件的強(qiáng)度、剛度、振動模態(tài)提供了邊界條件。
　　應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件對車載式林木枝丫打捆機(jī)壓縮倉的關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)和振動模態(tài)分析;分析變形、正應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彈性應(yīng)變、應(yīng)變能密度等狀況，探索了壓縮倉關(guān)鍵部件的固有頻率及振型的相應(yīng)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，在壓縮部件所受最大載荷工況下，壓縮倉的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度均滿足設(shè)計(jì)要求;獲得壓縮部件的前20階固有頻率及振型的相應(yīng)變化規(guī)律，揭示了其工作系統(tǒng)的動力學(xué)

6、特性，驗(yàn)證了車載式林木枝丫打捆機(jī)的壓縮倉不會發(fā)生共振現(xiàn)象。
　　以壓縮倉的設(shè)計(jì)研究結(jié)果為主體，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法制定車載式林木枝丫打捆機(jī)樣機(jī)的工作原理并進(jìn)行系統(tǒng)配置和選型設(shè)計(jì)，完成了樣機(jī)制造;在林業(yè)生產(chǎn)基地進(jìn)行車載式林木枝丫打捆機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)和主要技術(shù)參數(shù)檢測;樣機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，各項(xiàng)工序流程通暢;含水率36％的松樹枝丫材壓縮打捆作業(yè)生產(chǎn)率為12.8t/h，林木枝丫捆的長度和直徑分別在3000～4400mm和600～800mm，枝丫捆重量

7、540～850kg。壓縮后的單位體積重量及圓柱外形與采伐作業(yè)系統(tǒng)中的原條木材相應(yīng)參數(shù)值接近。檢測結(jié)果表明，基于林木枝丫壓縮特性試驗(yàn)中最佳壓強(qiáng)值為主要設(shè)計(jì)參數(shù)的車載式林木枝丫打捆樣機(jī)符合技術(shù)要求，其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期研究目標(biāo)，驗(yàn)證了林木枝丫壓縮特性的數(shù)學(xué)模型及研究方法在實(shí)際工程設(shè)計(jì)上應(yīng)用的正確性、實(shí)用性和可靠性。
　　本文應(yīng)用林木枝丫壓縮特性試驗(yàn)的優(yōu)化分析結(jié)果，探索了林木枝丫壓縮裝置及車載式林木枝丫打捆樣機(jī)的設(shè)計(jì)方法;通過自主創(chuàng)