伐木机工作装置仿真研究
伐木机是一种自动化、高效率、多功能的林地采伐装置。在人工林采伐作业中，伐木机具有传统采伐技术无可比拟的优势。将原有的需要各种机械协同进行的伐木、打枝、造材、截梢、归楞等作业由一台伐木机解决，在节约成本的同时，提升了工作效率。在国内木材需求日益增长的社会背景下，研发符合我国国情的多功能、工作效率高、适应性好的伐木机将成为国内林业机械发展的重要方向。 起重臂与伐木头作为伐木机的主要工作装置，是伐木机的核心技术，其设计的合理性，直接决定了伐木机的工作效率及设备性能。本论文的主要研究内容：（1）结构设计：经过对国内外伐木机工作装置的现状以及存在的问题进行研究，设计伐木机工作装置的整体结构，确定其作业过程。并对伐木机工作装置进行运动学理论计算分析。（2）建立虚拟样机：利用Pro/ENGINEER Wildfire5.0软件强大的三维实体建模功能和机构运动仿真与分析功能，对伐木机工作装置各零件进行建模，然后再将建好的各零件模型进行装配，建立伐木机工作装置虚拟样机，进行运动仿真。（3）有限元分析：运用ANSYS Workbench14.0软件对伐木机工作装置的主要承载部件大臂进行有限元分析，得到在静态载荷下，大臂沿X、Y、Z轴方向的应力和位移云图，以及等效应力、总位移和等效应变云图，校核大臂在强度和刚度方面是否符合要求。（4）结构优化：在ANSYS Workbench14.0软件环境下，利用目标驱动优化方法，以大臂的质量最小为目标函数，其多块挡板的厚度为设计变量，同时满足它的强度和刚度要求为约束条件，对伐木机工作装置大臂进行结构优化。 研究结果：（1）设计了一种能够满足我国人工林抚育伐、间伐等要求，适应我国林业现状，且结构简单、合理的伐木机工作装置。利用D-H法建立了伐木机工作装置的运动学方程，并求出了其正解和逆解，为相似的机械研究提供了运动学理论算法。（2）完成了伐木机工作装置从三维模型设计、建模、装配到运动仿真的全过程，并得出了主要点的运动轨迹以及其位置、速度和加速度的仿真数据，同时得出了起重臂的作业范围图、伐木头的运动包络体积以及其他工作参数等，表明能够实现工作所需功能。（3）大臂的最大应力为161.81MPa，小于许用应力181MPa，最大位移为6.1277mm，最大应变为0.00078573，均在允许变形范围内，说明设计的伐木机工作装置大臂同时满足其强度和刚度要求。（4）大臂的质量优化前为1073.1kg，优化后为958.93kg，减轻了10.64%，实现了大臂的轻量化，不仅节约了材料、减少了能量消耗，而且降低了成本，同时提高了产品性能。
伐木机;人工林采伐;工作装置;结构优化设计;有限元仿真
东北林业大学
硕士
森林工程
杨铁滨
2017
中文
S776.312;S776.02
76
2018-11-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）