基于LS-DYNA的水田株间除草爪切削土壤仿真分析

为解决目前水田株间除草部件设计周期长、试验效果差等问题，以及更好地揭示黑龙江省水田除草机株间除草爪与土壤间的关系特性，采用集成建模思想研究株间除草对爪切削土壤问题。首先，采用Creo 5.0软件对除草爪与土壤进行三维建模；然后，将建好的三维模型导入Hyper Mesh2017软件进行模型修复与网格划分，利用LS-PrePost进行关键字定义；最后，利用LS-DYNA软件对除草爪切削土壤过程进行有限元仿真分析。采用有交互作用的正交试验方法选取除草爪入土深度、旋转角速度和机器前进速度3个因素，进行3因素3水平仿真试验分析，得到各因素及各因素间一级交互作用对试验评价指标土壤所受平均有效应力的影响规律。仿真结果表明：各因素对土壤平均有效应力影响主次顺序为：除草爪转速、机器前进速度、机器前进速度×除草爪转速、入土深度×机器前进速度、入土深度、入土深度×除草爪转速。仿真回归模型呈正态分布，表明该模型可靠，可以用作预测试验模型，可为水田株间除草爪在不同田间作业参数提供参考。     

弧齿往复式稻田株间自动避苗除草装置设计与试验

针对现有稻田株间除草漏除率大、除草率低和除草装置因无法确定秧苗位置而导致伤苗率高等问题，基于除草执行部件往复式开合运动思想，设计了一种用于去除稻田中耕期株间杂草的弧齿式自动避苗除草装置。根据中耕除草期稻株生长状态，通过理论分析设计了对置株间除草齿，并确定了除草弧齿的主要结构参数。利用光电传感器和电动直线推杆的协同作用，设计了自动避苗控制系统，当该装置执行避苗除草作业时，系统根据前进速度控制除草弧齿张开一定间距，以躲避秧苗。基于显式动力学仿真软件LS-DYNA进行了虚拟试验，以地表下0~40mm内土壤扰动率为试验指标，当除草齿入土深度为32mm时，土壤扰动率达到最大值，为90.02%。通过田间试验验证了该株间除草装置和自动避苗控制系统的作业性能，在前进速度为0.5~0.9m/s时，该装置平均除草率为86.51%、平均伤苗率为0.20%，除草和避苗作业性能稳定，可满足稻田除草农艺要求和株间“避苗除草”作业要求。     

稻田株间除草机构除草过程中伤秧影响的试验研究

稻田杂草是影响大米产量和质量的一个重要因素。鉴于化学除草的负面影响,机械除草技术一直是国内外科研攻关的重点,但如何降低除草过程中工作装置对秧苗的损伤和影响成为研究的难点。为此,对稻田机械式株间除草机构的主要因素的秧苗损伤情况进行了试验研究。试验在机插稻田进行,稻苗行间距28~31cm,株间距14~15cm。试验在秧苗移栽后7天左右进行,该时间为稻田第一个出草高峰期,试验采用二次旋转正交试验方法,应用Design-Expert进行试验分析,获得了株间除草主要工作因素机器前进速度、除草盘转速、除草深度之间单因子及交互作用对伤秧率的影响。移栽7天时,田间试验在保证除草率的前提下确定了低伤秧率株间除草机构的工作参数为机器前进速度为0.38m/s,除草盘转速162.75r/min,除草深度为43.9mm,此时除草率为80.5%、伤秧率为3.8%。     

凸轮摇杆式摆动型玉米株间除草装置设计与试验

为满足我国北方玉米苗间机械除草作业需求,设计了一种凸轮摇杆式摆动型玉米株间除草装置,阐述了除草装置的总体结构与工作原理,对其关键部件凸轮摇杆机构和除草刀进行参数化设计,通过对除草装置避苗过程的运动和受力分析,得到影响其作业效果的主要因素及各因素的取值范围。以前进速度、弹簧刚度和除草刀转速为试验因素,以除草率、伤苗率为试验指标,在室内土槽中进行L9(34)正交试验,以考察试验因素对除草装置工作性能的影响。结果表明,各因素对指标影响的主次顺序为弹簧刚度、前进速度、除草刀转速;最优水平组合为弹簧刚度60 N/mm、前进速度0.6 m/s、除草刀转速130 r/min。以最优水平组合进行验证试验,结果为除草率89.8%,伤苗率2.1%,证明其具有较优的作业性能。     

高效型水田行-株间同步机械除草装置设计与试验

为了有效去除水稻行间、株间杂草,提高机械除草的作业效率,研制了一种高效型水田行-株间同步机械除草装置。该装置与水田插秧机底盘配套,分别配备株间和行间除草部件,可同时对株间、行间杂草及土壤进行剪切、翻耕,并采用二级仿形机构配合除草部件完成作业。田间试验结果表明:影响除草率和伤苗率的主次顺序均为前进速度除草轮类型;随着机具前进速度增加,除草率和伤苗率均先降后升。综合试验结果表明:伞状除草轮(A)平均除草率最高,在0.7m/s和1.0m/s前进速度下,株间平均除草率为74.6%,整机平均除草率为83.6%,平均伤苗率为1.6%,符合水稻田机械除草作业的技术指标。     

八爪除草机构的设计与实验-基于虚拟样机技术

为了实现田间株间精确机械除草,设计了一种八爪式智能除草机构,并重点研究了在实现不同株距株间除草时所需的前进速度和转速,进行了ADAMS动力学仿真实验和土槽中的物理样机实验.仿真和实验结果表明:该结构的设计能使工作爪端的割刀伸入株间进行除草,仿真实验中的割刀中心轨迹能够有效完成株间除草,并在样机试验中得到了验证.     

弹齿式苗间除草装置关键部件设计与试验

设计了一种水田苗间除草作业的弹齿式除草装置,采用钢丝软轴传动,除草盘为弧形。分别在秧苗生长到第7天和第14天时采用二次旋转正交设计进行土槽试验,利用Design-Expert软件分析,获得除草盘转速、机器前进速度、耕作深度之间交互作用及对除草率和伤苗率的影响。最终确定第7天作业时除草装置的最佳工作参数为：除草盘转速230r/min、机器前进速度1.02m/s、耕作深度18mm,此时除草率73%及伤苗率0.13%;第14天作业的最优组合为：除草盘转速230r/min,机器前进速度0.48m/s,耕作深度27mm。根据第7天试验最佳工作参数组合进行验证试验,结果表明此参数组合能满足除草率要求,且伤苗率最小。     

射流式水田株间除草装置设计与试验

针对水田株间除草作业劳动强度大、株间除草率低、易损伤秧苗等问题,提出一种水射流除草方法,以此设计了一种射流式株间除草装置。首先通过理论分析与参数计算确定了射流倾角为31°,喷嘴直径为0.004mm,运用动量守恒定理、粘性流体力学和土力学原理进行分析,建立了喷嘴临界破土压力模型,得出喷嘴临界破土压力为0.53MPa。进行水稻根系抗冲断极限水压试验,确定了喷嘴出口压力上限为1.5MPa。进行台架试验,选取装置前进速度和喷嘴出口压力为试验因素,以除草率为试验指标,采用二次正交旋转组合设计,建立了试验指标与影响因素回归模型。运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据分析并进行验证试验,结果表明,当装置前进速度为0.3m/s,压力为1.5MPa时,除草率为90.62%。满足水田机械除草作业农艺和技术要求。     

螺旋切分式种带清理装置设计与试验

针对东北地区免耕播种时易出现秸秆堵塞等问题，本研究设计一种螺旋切分式种带清理装置。通过理论分析，确定了清茬刀的排布方式和清茬刀刃口曲线参数，并得到影响种带清理效果的主要因素：拖拉机前进速度、螺旋切分式种带清理装置转速和螺距。在离散元软件EDEM中建立螺旋切分式种带清理装置仿真模型，以种带清秸率为试验指标，以前进速度、转速和螺距为试验因素，进行了二次回归组合仿真试验，建立了种带清秸率的回归模型，结果表明，前进速度、转速和螺距对种带清秸率影响极显著(P<0.01)，其中转速影响最为显著。利用Design-Expert软件对影响因素进行优化求解，得到最优参数组合为：前进速度2m/s、转速400r/min、螺距570mm，最佳组合下种带清秸率为92.55%。在最优参数下进行了田间验证试验，试验种带清洁率比仿真减少了约2.89个百分点，基本满足玉米免耕播种的要求。该研究为东北地区免耕播种机秸秆清理与防堵装置的研究提供了参考。     

玉米根茬破碎还田装置设计与试验

分析了玉米根茬破碎还田装置中直刀、旋耕刀、月牙刀的破茬原理,试验验证了月牙刀滑切破茬具有土壤扰动小、功耗低、破碎能力强的特点.以刀辊转速、机器前进速度、切刀入土深度为试验因素,以功耗、破茬合格率为试验指标,分别建立了表征月牙刀破茬性能的数学模型,确定最佳参数为:切刀入土深度48 ram,机器前进速度0.77 m/s,刀辊转速266 r/min.在试验范围内,切刀入土深度对功耗的影响最大;刀辊转速和机器前进速度对破茬合格率影响最大.     

冷浸田起垄平整装置设计与试验

针对冷浸田终年积水、水土温度低及排水不良,需进行垄作栽培水稻的生产要求及目前缺乏相关机具的生产现状,设计了一种适宜于冷浸田作业的起垄平整装置,该装置主要由起垄辊、微垄开沟器及平整部件组成,实现大垄排水、微垄蓄水作业,利于冷浸田排水及水稻种子生长发育。根据《冷浸田机械起垄水稻栽培技术规程》,对起垄辊、微垄开沟器及平整部件关键参数进行了设计,确定起垄辊回转半径为560 mm、锥形面倒角为28°,微垄开沟器宽度为50 mm、高度为40 mm及平整部件可调节角度为5°。基于DEM-FEM耦合仿真分析确定了装置较优运行参数,当机具前进速度为0.6 m/s、旋耕刀辊转速为230 r/min、起垄辊转速为120 r/min时,土壤回流率为3.51%,并进行了起垄辊应力应变分析。田间试验结果表明,平均垄沟沟深为160.03 mm、沟顶宽为174.84 mm,平均垄顶宽为1 888.89 mm,平均厢面平整度为11.26 mm,平均微垄沟沟宽为60.16 mm、沟深为36.48 mm,各项指标均满足冷浸田机械化起垄作业要求。     

水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验

针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题,运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设,运用离散元法建立土壤颗粒力学模型,应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验,仿真结果表明,耕深在20 cm时,土壤表层覆盖率为93.87%。通过土槽台架试验得到:在作业速度为1.25 km/h、刀辊转速为237 r/min时,耕深可达到22 cm,地表以下15~20 cm翻埋的秸秆占秸秆总量的80%,秸秆还田率为91.63%,同时刀辊轴不缠草。试验结果表明,秸秆还田深度达到水整地环节的要求,秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证,证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能,满足农艺要求。     

水田株间除草机械除草机理研究与关键部件设计

针对现有水田株间除草机伤苗率高等问题,进行机理分析和改进设计,采用左、右2组弹齿盘对称安装,通过软轴带动除草弹齿盘旋转,完成除草功能。通过对除草关键部件弹齿盘的运动学和水田植物(水稻稻苗和稗草)的强度分析,建立了弹齿盘的运动学模型以及水田植物的受力模型、应力模型。通过水田植物的应力模型分析,建立了水田植物的强度条件,并根据水田植物(水稻稻苗和稗草)的物理特性、弹齿盘基本参数,获得了除草盘转动角速度、弹齿数量的取值范围,并通过室内土槽试验确定了弹齿盘转动角速度为25.1 rad/s、弹齿数量为5。通过田间性能检测,结果表明,除草率为80%、伤苗率为4.5%,均达到了农艺技术指标的要求。     

棉花中耕培土施肥一体机设计与试验

针对棉花中耕培土机械普遍存在的功能单一、作业效率低、培土效果差等问题,设计了集棉花行间施肥、松土、除草以及培土多功能于一体的棉花中耕培土施肥一体机,并对机具关键部件进行设计与分析,确定了中耕施肥仿形单体、回转式培土装置、施肥装置的结构与工作参数.在设计分析的基础上进行了田间试验,结果表明:所研制的棉花中耕培土施肥一体机...     

叶片调节式水田侧深施肥装置设计与试验

为提高水田深施肥的施肥质量,设计了一种叶片调节式水田侧深施肥装置。应用水田侧深施肥肥量调节装置计算机优化软件V1.0优化求解施肥量调节机构结构参数,通过施肥量调节机构受力分析,确定步进电动机的输出扭矩应大于680 N·mm。建立叶片调节式侧深施肥装置仿真模型,应用离散元EDEM软件进行排肥虚拟试验,分析螺旋钢丝和毛刷在工作时受到肥料颗粒的作用力,从而确定肥箱直流电动机和防堵装置直流电动机的输出扭矩应分别大于5 345 N·mm和8 N·mm。通过JPS-12型排种性能检测试验台对槽轮式和叶片调节式水田侧深施肥装置进行施肥性能研究,获得了槽轮式水田侧深施肥装置的槽轮转速和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律,以及叶片调节式水田侧深施肥装置的开口直径和前进速度对施肥稳定性和均匀性影响规律。对比试验结果表明:叶片调节式水田侧深施肥装置施肥稳定性和施肥均匀性指标满足国家标准要求,在施肥质量上优于槽轮式水田侧深施肥装置,施肥能力满足农艺要求。     

抛推组合式草土分离前胡除草机设计与试验

针对丘陵山区前胡种植使用除草机时存在草土不分离导致杂草复生、碎石飞射伤人的问题,设计了一款抛推组合式草土分离除草机。对称螺旋结构的除草轮将土推向两侧,避免碎石飞射伤人。刀齿将杂草抛向后方实现草土分离,防止杂草复生。螺旋结构除草轮采用中轴对称左右旋向相反布置,使得碎石沿轴向两边飞离,有效防止碎石飞射伤到后方机手。通过理论分析确定除草轮的齿形、齿数,分别进行除草轮在杂草-土壤、碎石-土壤模型中的运动分析。使用EDEM和ANSYS耦合仿真,验证其工作性能和物理性能。通过田间试验,验证除草轮能够实现草土分离,得出机具的最佳工作参数为：除草轮转速13 r/s、前进速度400 mm/s、除草深度35 mm,平均除净率为86.7%。