基于光滑粒子流体动力学的旋耕切土数值模拟

为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀–土壤进行建模,运用ANSYS/LS–DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12 m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84 N?m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42 N?m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。     

基于离散元法的旋埋刀辊功率分配特性研究

旋埋刀辊作业功率是研究旋埋机理、优化刀辊结构的重要指标，研究旋埋刀辊各部件间功率分配特性可分析旋埋刀辊作业功率组成。通过土槽试验对离散元法仿真的土壤颗粒模型输入参数进行标定，对比不同接触模型在旋埋刀辊作业过程仿真中效果，并对不同工作条件下旋埋刀辊的功率分配特性进行单因素试验。结果表明：Hertz- Mindlin接触模型和Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中对刀辊扭矩较为敏感的输入参数为土壤-土壤滚动摩擦系数和粘结刚度，验证试验显示上述输入参数标定的平均误差小于6.5%；对比两种接触模型的仿真效果，Hertz-Mindlin with Bonding接触模型因引入额外粘结力，与实测值平均误差仅为0.7%，更适合对黏土进行仿真；旋埋刀辊作业功率超过一半来自螺旋横刀，不同工作条件下螺旋横刀功率均占刀辊总功率60%左右，且受前进速度、刀辊转速和耕深影响更大；由旋埋刀辊功率分配特性可知，螺旋横刀对刀辊总功率影响较大，应作为旋埋刀辊减阻降耗研究的重点。     

自走式耕耘机速比系数的优化设计

 在试验数据的基础上,分析了自走式耕耘机刀辊转速、机器前进速度和耕深对耕耘机单位体积功耗的影响,通过回归分析,建立耕耘机单位体积功耗与各运动参数之间的数学模型,并以此为优化设计的目标函数,通过计算机优化程序,得到在一定约束条件下耕耘机的最优刀辊转速和机器前进速度,进一步计算得到最优速比系数的取值范围,为自走式耕耘机的设计提供一定的理论依据。     

基于离散元与多体动力学的微耕机旋耕刀轴负荷分析

旋耕部件是微耕机的核心部件,其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象,基于离散元和多体动力学理论,设定前进速度为0.2 m·s^-1,转速为110 r·min^-1,耕深为150和200 mm,采用非线性粘弹性塑性接触模型,在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析;同时,依托已有的土槽试验平台,测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似,但数值并不一致,整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积;耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致,模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用,优化微耕机作业性能提供参考。     

基于离散元与多体动力学的微耕机旋耕刀轴负荷分析

旋耕部件是微耕机的核心部件，其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象，基于离散元和多体动力学理论，设定前进速度为0.2 m·s^-1，转速为110 r·min^-1，耕深为150和200 mm，采用非线性粘弹性塑性接触模型，在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析；同时，依托已有的土槽试验平台，测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似，但数值并不一致，整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积；耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致，模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用，优化微耕机作业性能提供参考。     

水稻高秆翻埋快腐还田机研究

为适应东北高寒地区水稻秸秆的机械化还田作业,降低还田作业的牵引阻力、加快秸秆的腐解,设计了具有滑切减阻特性的还田弯刀组成的高秆翻埋装置和使秸秆均匀平铺同时施入秸秆腐解剂的秸秆梳理-腐解剂施入装置。采用旋转正交设计方法设计试验方案,考察机器前进速度、刀辊转速、还田深度三个因素对牵引阻力的影响,建立牵引阻力模型,得到牵引阻力最优的参数组合：机器前进速度为1.4 m/s,刀滚转速210 r/min,还田深度为10 cm。影响阻力的因素主次顺序为：刀辊转速>机器前进速度>还田深度。     

影响板式玉米摘穗机籽粒破碎和损失的因素分析

采用摘穗板式摘穗机构正交实验方法,对在玉米摘穗过程中影响籽粒破碎和籽粒损失率的四个因素—摘穗板的形式、拉茎辊转速、籽粒含水率、机具前进速度进行了分析。结果表明,籽粒破碎率受籽粒含水率的影响最大,受摘穗板形式和拉茎辊转速影响次之,受前进速度的影响较小;籽粒损失率受拉茎辊转速的影响最大,受摘穗板形式的影响次之。籽粒的含水率较低(30％左右)、摘穗板的形式为弯板、拉茎辊转速为中速度(600～700rpm)时进行玉米的摘穗作业时,综合指标较好。     

水田除草关键部件扭矩测试试验研究

苗间除草装置是水田除草机的核心部件,其工作时的功率消耗为该机具总功消耗的主要部分.利用自制扭矩传感器测取除草机工作过程中除草刀轴上产生的扭矩.选取影响除草机功率消耗的刀盘转速、机具前进速度、除草作业深度三因素为试验因子,采用二次正交旋转设计方法进行试验研究.运用minitab15.1软件处理扭矩测试结果,根据田间试验分析,得出苗间除草刀在最佳工作状况下产生的扭矩值,该数值可为机具关键部件可靠性分析和寿命估算等提供重要的理论参考     

基于SPH算法的纵向开沟过程模拟

以河北地区蔬菜大棚秸秆生物反应堆土壤为原型,结合土壤材料MAT147模型、SPH算法和边界条件,利用ANSYS/LS_DYNA对纵向开沟过程进行数值模拟。在前进速度2 km/h、旋转速度540 r/min、耕深350 mm、刀辊倾斜角度45°参数条件下,前后处理软件LS_PREPOST仿真结果显示,SPH算法可以直观模拟纵向开沟刀辊切削土壤的整个过程,最大等效应力为43. 21 MPa,主要集中在与刀辊接触的土壤上;刀辊切削过程显示,在螺旋板及刀片螺旋布置的旋转刀辊作用下,土壤去向主要分为轴向升土和周向抛土,开沟效果明显;刀辊切削应力云图显示,土壤所受的等效应力变化小且整个过程切削比较平稳;切削稳定时的功耗为8. 23 kW,与试验中的纵向开沟装置功耗接近,验证了模拟的可靠性,为新型纵向旋转开沟装置及零部件的优化设计提供可靠依据。     

对玉米收获中籽粒破碎和损失的影响因素试验研究

为了降低玉米的收获损失,本研究通过摘穗板式摘穗机构的正交实验的方法,对在玉米摘穗过程中影响籽粒破碎和籽粒损失率的4个因素—摘穗板的型式、拉茎辊转速、籽粒含水率、机具前进速度进行了分析。结果表明:籽粒破碎率受籽粒含水率的影响最大,受摘穗板型式和拉茎辊转速影响次之,受前进速度的影响较小。籽粒损失率受拉茎辊转速的影响最大,受摘穗板型式的影响次之。籽粒的含水率较低(30%左右)、摘穗板的型式为弯板、拉茎辊转速为中速度(600～700r/min)时进行玉米的摘穗作业时,综合指标较好。     

微耕机土壤耕作部件田间测试平台的研制

针对室内土槽试验难以真实模拟田间试验的工作状况,在SR1Z–135型多功能微耕机的基础上,研制了微耕机土壤耕作部件田间测试平台。该平台由传动系统、测试系统、试验系统和行走系统组成,可在田间实际工况下对旋耕刀、深耕刀、防缠刀和起垄器进行性能测试,并实时显示和处理这些待测部件的转速、转矩及功率信息。田间验证试验结果表明:微耕机旋耕刀组平均转速为47 r/min时,平均转矩为226 N·m,平均功率为1.114 kW;微耕机旋耕刀组平均转速为100 r/min时,平均转矩为238 N·m,平均功率为2.568 kW,与室内土槽试验获得的旋耕刀组的基础数据基本一致。测试平台运转顺畅,行驶平稳,耕深稳定。     

中置螺旋分土开沟装置的设计与试验

针对1GQ-1.6型中置铧式犁起垄机在高稻茬黏重土壤环境中作业壅泥缠草、沟边土壤堆积、厢面土块不细碎等问题,将原有中置铧式犁设置成双翼开沟犁,并在中置双翼开沟犁后部旋耕刀轴上左右对称设置分土螺旋,以最大土壤推送量为目标,设计了分土螺旋的螺旋叶片直径、螺距及螺旋升角;基于农艺要求的沟型,设计了双翼开沟犁犁体高度、宽度,研制出由机架、双翼开沟犁、可调深度机构、中间变速箱、分土螺旋和旋耕刀辊组成的螺旋分土开沟装置。室内土槽试验结果表明,中置螺旋分土装置工作性能的各项评价指标均符合国家标准和农艺要求,其中沟深稳定性系数和厢面平整度系数分别达到94.67%、97.53%。     

基于Pro/E的水田秸秆还田耕整机的设计与运动仿真

运用Pro/E软件设计了一种双螺旋刀辊组合的水田秸秆还田耕整机,能够一次性实现水田秸秆的翻埋还田、旋耕碎土、平地等多项功能.应用Pro/E软件中的机构模块对螺旋刀辊进行了运动学仿真,得到了刀辊转速一定时机组在不同前进速度下的4种不同运动轨迹,通过对运动轨迹的分析可优化机组工作的前进速度.     

麦收后不同耕作模式对土壤水分的影响

[目的]研究麦收后不同耕作制度和田间管理方式对农田土壤水分的影响。[方法]运用比较法,研究了麦收后小麦高茬旋耕还田模式、高茬粉碎秸秆覆盖模式和高茬粉碎秸秆后播种夏玉米模式3种处理对小麦秋播墒情的影响。通过烘干法,测定3种模式下农田土壤含水量、储水量、耗水量。[结果]3种模式的土壤含水量随土壤深度的增加呈下降趋势,且小麦高茬旋耕还田模式的土壤含水量高于高茬粉碎秸秆覆盖模式和高茬粉碎秸秆后播种夏玉米模式,高茬粉碎秸秆覆盖模式略高于高茬粉碎秸秆后播种夏玉米模式;小麦高茬旋耕还田模式1 m深土壤储水量大于高茬粉碎秸秆覆盖模式和高茬粉碎秸秆后播种夏玉米模式,而高茬粉碎秸秆覆盖模式的土壤储水量大于高茬粉碎秸秆后播种夏玉米模式;3个模式的耗水量均随着土壤深度的增加而增大。[结论]土壤深度为1 m的土壤含水量从大到小依次为小麦高茬旋耕还田模式、高茬粉碎秸秆覆盖模式、高茬粉碎秸秆后播种夏玉米模式。     

不同覆盖措施对枣园土壤水分和温度的影响

研究不同覆盖措施对枣园土壤水分和温度的影响,旨在为新疆绿洲农业红枣种植提供有力的科学依据。在旋耕覆膜、旋耕秸秆覆盖、旋耕裸地和免耕裸地条件下,对五年骏枣枣园的土壤水分和温度进行测量。在田间管理一致的情况下,0-100cm土壤平均含水量旋耕秸秆覆盖〉旋耕覆膜〉免耕裸地〉旋耕裸地;0-25 cm土壤平均温度旋耕覆膜〉旋耕裸地〉免耕裸地〉旋耕秸秆覆盖。旋耕秸秆覆盖和旋耕覆膜可以保持土壤水分,旋耕覆膜和旋耕裸地能够有效提高土壤温度,旋耕秸秆覆盖阻碍了土壤温度的升高,免耕裸地影响较小。     

液压驱动式圆盘耙设计与仿真试验

【目的】针对长江中下游地区土壤黏重板结、秸秆量大和土壤含水率波动大的作业情况,设计一种液压驱动式圆盘耙。【方法】分析确定圆盘耙结构和作业参数及液压驱动系统的设计,依据机组前进速度确定圆盘耙组转速;分析得出缺口圆盘耙片的运动轨迹及满足功能要求的耙片临界偏角;基于ANSYS/LS-DYNA对圆盘耙片切削土壤过程进行有限元仿真分析。【结果】圆盘耙组转速为60~168 r·min~(-1),耙片临界偏角为23°。仿真结果表明:圆盘耙片刃口切削土壤其耕作阻力呈周期性变化,随切削土壤深度的增加耕作阻力逐渐变大,后趋于稳定;对比被动圆盘耙片与液压驱动圆盘耙片作业效果,液压驱动圆盘耙片抛翻土量大,耕深稳定。田间试验表明:液压驱动式圆盘耙耕深为85~120 mm,耕深稳定性变异系数为9.6%。【结论】液压驱动圆盘耙组作业效果达到设计要求。