筑埂机旋耕切削部件的优化设计与疲劳寿命研究

针对我国现有筑埂机械存在功耗较大、机具磨损严重、土壤破碎不充分和筑埂不坚实等问题,设计一款新型旋耕切削装置,该装置由旋耕弯刀、抛土弯刀、L型弯刀以及刀轴等部件组成。运用离散元法构建刀具与土壤接触的力学模型,探究不同刀具的结构参数对其工作性能的影响。结果表明旋耕弯刀弯折角为125°,幅宽为60 mm,正切面端面刀高为55 mm,侧切刃包角为27°时,刀具功耗相对较低,而且碎土效果较好;抛土弯刀的弯折角为120°,幅宽为80 mm时,刀具的功耗及碎土效果较好;从材料损耗的角度考虑,L型弯刀幅宽为40 mm时刀具所用的材料最小。最后,对旋耕弯刀的疲劳寿命进行分析,为延长刀具的使用寿命提供理论依据。     

基于离散元法的筑埂机旋耕切削性能研究

为提高水田筑埂机筑埂质量和工作效率,探究旋耕弯刀的结构参数和工作参数对筑埂机旋耕切削性能的影响,构建了旋耕弯刀—土壤的离散元模型,同时对旋耕弯刀工作时复杂的受力情况进行分析。以IT245旋耕刀为基础,设计了几种不同的旋耕刀片,分别以旋耕弯刀结构参数和工作参数为试验因素,单位幅宽扭矩和扭矩为试验指标,进行两组正交试验。通过极差分析,得到影响旋耕弯刀功耗的3种主要工作参数,并探究其对旋耕弯刀碎土效果的影响规律。综合分析得到旋耕弯刀参数最优组合为:正切面端面刀高60mm,侧切刃包角27°,弯折角120°,幅宽60 mm,工作转速300 r/min,前进速度0. 3 m/s,工作深度100 mm。该研究为探讨刀具与土壤相互作用机理、降低水田筑埂机作业能耗及提高碎土效率提供了参考。     

旋耕—碎茬通用刀片结构参数优化试

以L型碎茬刀及宽型旋耕刀为基础,设计了9种旋耕-碎茬通用刀片.通过土槽单刀功率消耗(扭矩)试验确定了通用刀片的结构参数为:弯折角67°、弯曲半径20 mm、正切刃滑切角12°、单刀作业幅宽60 mm.并分别进行了通用刀片与国标旋耕刀的旋耕对比试验及通用刀片与批量生产的碎茬刀切断对比试验.试验结果表明,通用刀片单位幅宽功率消耗小于国标旋耕刀,但大于常用碎茬刀;单刀幅宽相同条件下,通用刀片功率消耗低于旋耕刀及碎茬刀,表明通用刀片结构参数选择合理可行.     

基于COSMOS的还田机械旋耕刀弯折角优化

弯折角是影响还田机械旋耕刀质量以及旋耕刀辊功率消耗的重要参数.为减少旋耕刀质量,降低旋耕刀辊功耗,利用有限元软件cosMOsWorks对旋耕刀弯折角进行优化分析,研究了不同弯折角时旋耕刀质量及应力分布关系.研究结果表明,旋耕刀弯折角最佳取值范围为125°～130°.经动力仿真分析验证,旋耕刀辊的功耗也得到了降低.     

旋耕刀正切刃设计方法的研究

论述了旋耕刀正切刃的设计，推导了正切丸弯折方程，讨论了正切刃滑切角的计算，应用偏心圆方法设计了正切刃，并对有关参数进行了分析。     

烟秆拔秆机刀辊参数优化与试验

针对烟秆拔秆机存在拔秆作业能耗高、工作不稳定、刀辊受力不均等不足,对其核心工作部件刀辊的结构参数和工作参数进行优化与试验研究。首先,对刀辊旋耕刀切土轨迹、沟底不平度、切土节距、拔秆入土深度和旋耕速比进行了理论分析,并结合刀辊拔秆工作原理和拔秆农艺要求,确定了拔秆机刀辊较优参数设计组合为:拔秆机前进速度v_m=0.3 7 m/s,切土节距S=1 0 0 mm,旋耕速比λ=8,刀辊转速n=1 1 0 r/min。其次,对影响刀辊工作质量和功率消耗较大的旋耕刀参数及排列进行了研究,包括旋耕刀侧切刃、正切刃、正切部弯折半径、工作幅宽及刀辊回转半径等,得到适合于反转拔秆的旋耕刀参数为:螺线起点的极径ρ_0=1 6 3 mm,螺线终点的极径ρ_n=2 4 0 mm,螺线终点的极角θ_n=3 1.8°,弯折半径r=3 0 mm,旋耕刀幅宽b=3 0 mm,并提出了旋耕刀在刀辊上的4n±2最优数列双螺旋线排列法。田间作业试验表明:刀辊拔秆作业质量较好,性能稳定,设计合理。     

拖拉机旋耕机组旋耕速比的确定

由弯刀的侧切刃方程和侧切刃上任一点的轨迹方程导耕作层底面不平度，起始入土半径和起始切土半径，静态滑切角与动态滑切角以３主动态有效隙角的解析表达式。重点讨论了旋耕速比，耕深与这些性能参数之间的关系。     

基于SPH法的水田筑埂机取土弯刀旋切性能优化研究

为满足水田筑埂机集土需求,提高其旋切集土效率,基于标准旋耕刀具IT245,建立单个取土弯刀与土壤相互作用的光滑粒子流体动力学(SPH)模型,研究了取土弯刀结构参数对旋切性能的影响。首先研究取土弯刀切土过程,然后分析了刀具弯折角、弯折半径、滑切角、正切面端面高、工作幅宽、刀刃线长等参数对集土效果与工作效率的影响,研究结果表明当弯刀结构参数为127°-60 mm-20°-60 mm-60 mm-15 mm(弯折角—弯折半径—滑切角—正切面端面高—工作幅宽—刀刃线长)时,在满足集土要求的基础上,弯刀旋切工作效率提高至84.91%,相较于优化前提高20.9%,筑埂机取土弯刀性能得到了显著提高。     

反转旋耕刀正切面分析及参数选择

为提高反转旋耕刀的性能，根据旋耕刀运动的特点，从旋耕刀几何学及切削角度方面出发，对反转旋耕刀正切面角度及对磨刃面的影响进行了分析。提出：由于反转旋耕时旋耕刀的变隙角小于正转旋耕，使得反转旋耕刀的切土角和隙角大于正转旋耕刀；在同样结构参数、运动参数及切土条件下，反转旋耕刀的安装角应比正转旋耕刀小一些；反转旋耕时，刀辊转速宜取高一些。由于上述原因，会造成反转旋耕刀的切土阻力较大。     

卧式正转旋耕机弯刀的切土起始半径

提出弯刀切土起始半径概念及其计算的理论方法。对国产弯刀进行了计算与分析,得出切土起始半径与耕深、旋耕速比及刀滚回转半径的关系。得出的结论,对设计和使用者有一定的参考价值。     

基于螺旋线算法的旋耕机执行部件设计及优化

为了提高旋耕刀使用寿命、降低旋耕能耗,基于阿基米德螺旋线,对旋耕刀切削刃进行了设计,并对旋耕刀和刀辊进行了优化设计。采用阿基米德螺旋线设计切削刃,优化切削刃受力,发现侧切刃终点半径到折弯直线之间的夹角α可以显著影响正切刃性能。采用静力学和能耗分析法,对其进行优化,结果表明:当α=57°时,能耗最低,且该角度下最大应力和形变满足强度要求。采用左右对称布置刀辊,3螺旋线对刀辊上旋耕刀具分布进行优化,并对优化后的刀辊和旋耕刀进行能耗测试。测试结果表明:优化设计可以有效降低生热量和能量消耗。     

基于逆向工程的搅浆刀作业性能界定与关键设计参数研究

水田搅浆是基于稻作制度的独立机械化作业环节,搅浆刀是进行搅浆农艺处理的专用刀具,但目前缺乏针对搅浆的农艺界定及搅浆刀专用设计参数研究。本文利用逆向工程技术获取搅浆刀的关键几何参数,并对搅浆作业和搅浆刀的设计方法进行定义。通过与常规旋耕刀(R245)进行分析对比提出搅浆刀的专用设计参数,进而通过田间试验进一步探讨搅浆刀的设计方法。结果表明,搅浆刀的楔面入土效应是保障其水田搅浆性能的关键,该效应所对应的搅浆刀设计参数被定义为侧切刃楔角,侧切刃楔角与侧切刃刀面宽度2个关键设计参数决定了搅浆刀入土过程的侧向搅浆作业强度。与R245旋耕刀相比,侧切刃楔角是搅浆刀设计的显著特点,搅浆刀的侧切刃静态楔角高于动态楔角,而R245的侧切刀面是一平直刀面(楔角为0°),在正切刃区域,搅浆刀与旋耕刀的楔角变化基本一致。基于田间土壤条件的原位台架试验进一步证明了搅浆刀专用设计参数对保障起浆、水田埋草等性能的优越性。     

垄上灭茬刀优化设计与试验

针对灭茬刀耕作阻力大、磨损严重等问题,优化设计了灭茬刀及刀辊。通过理论分析,得到影响灭茬刀耕作阻力和损伤情况的因素为灭茬刀正切刃滑切角、侧切刃滑切角和弯折角,并确定灭茬刀作业状态稳定时正切刃滑切角的取值范围为0°～16°,侧切刃滑切角的取值范围为47°～68°,弯折角的取值范围为90°～130°。在有限元软件ABAQUS中对土壤建立Drucker-Prager本构模型,并进行了灭茬刀切割土壤的运动学仿真试验,设计为三因素三水平正交试验。结果表明:影响灭茬刀作业过程中应力和应变变化的主次因素为侧切刃滑切角、弯折角、正切刃滑切角,当正切刃滑切角16°、侧切刃滑切角68°、弯折角110°时,灭茬刀的应力和应变较优,且方差分析得到各因素对应力和应变的影响均显著。田间试验结果表明:优化设计的灭茬刀较行业标准灭茬率提高9.57%,碎土率提高6.6%,灭茬深度稳定性系数提高4.2%,灭茬刀作业效果优良。     

微耕机旋耕刀辊弯刀排列优化仿真分析

旋耕刀辊弯刀排列是决定微耕机耕作性能的重要因素,本文对微耕机旋耕刀辊进行优化设计并建立其数学模型,研究刀辊各项参数间的影响因素。根据相关文献对一种微耕机旋耕刀辊弯刀进行优化设计,参考旋耕刀辊排列准则建立排列数学模型,得到旋耕刀辊弯刀排列优化设计方法。基于SPH算法建立本文提出的旋耕刀辊弯刀排列方法的刀辊有限元模型,并进行动力学仿真,由仿真结果可知,优化后的旋耕刀辊相对于传统旋耕刀辊在切土时能达到减阻降振、减小冲击和节约能耗的效果。     

基于离散元法的筑埂机旋耕刀轴性能分析

为探究水田筑埂机旋耕切削部件与土壤间的相互作用机理,提高旋耕刀轴的作业质量和工作效率,对现有旋耕机常用的刀具排布方式进行探讨,提出一种新的刀具排列方式。该方式为刀具沿左右两个刀轴对称排布,筑埂机刀轴上采用旋耕弯刀、抛土弯刀和切型弯刀组合安装,三种弯刀均采用刀座式安装,旋耕弯刀数量为12把;抛土弯刀数量设计为2把;切型弯刀数量设计为2把。通过离散元仿真试验,研究旋耕刀轴上旋耕弯刀的不同刀具排布方式对刀轴工作性能和对土壤破碎效果的影响,结果表明旋耕弯刀采用三头螺旋线排列的情况下,机具对土壤的破碎效果更好,所受工作阻力的最大值相较于双头螺旋形排列和人字形排列分别减小160.77 N,119.52 N,作业扭矩分别减少54.87 Nm,163.58 Nm,刀轴的受力变化幅度小,作业更加稳定。     

旋耕刀的种类及安装

1旋耕刀的种类 旋耕刀是旋耕机主要工作部件，其种类有凿形刀、弯刀和直角刀等。     

基于UNRBS理论的旋耕刀曲面造型

基于NURBS理论，对旋耕刀侧切刃、正切刃进行了统一的数学模型，并在VC＋＋平台上对旋耕刀刃线、刀面实施NURBS参数造型，获得了较满意的刃线、刀面形状，从而开辟了旋律刀设计途径，提高了效率。     

深施肥机旋耕部件关键参数设计与试验

为使深施肥机达到目标耕深合格率和碎土率,利用深施肥机试验台,以旋耕刀类型、旋耕速比、刀辊直径为因素,以耕深合格率和碎土率为评价指标,进行三因素三水平正交试验,并设置一列误差列。试验结果表明:影响根深合格率的主次因素为刀辊直径、旋耕速比、旋耕刀类型;影响碎土率的主次因素为旋耕速比、弯刀、刀辊直径。综合考虑各因素对耕深合格率和碎土率的影响程度,得出最优组合方案:旋耕刀类型选用旋耕弯刀,旋耕速比为8.1,刀辊直径为26cm。本研究为贵州烟草农业机械的改进设计提供了参考依据。     

羽片叠压式水田筑埂机的优化设计与分析

为解决目前人工筑埂存在的效率低和筑埂均匀性差等问题,设计一种羽片叠压式水田筑埂机。阐述机具整体设计方案及工作原理,该机采用振动压实和羽片叠压两道工序,使所筑田埂坚实稳定,并对其关键部件镇压筑埂装置和旋耕集土装置进行理论分析与结构设计。为探究镇压筑埂装置和旋耕弯刀的结构参数对筑埂机作业效果的影响,建立筑埂机关键部件—土壤离散元模型,使离散元与有限元耦合,对机具进行强度分析。分别以镇压轮和旋耕弯刀的结构参数为试验因素,田埂坚实度和扭矩为试验指标,进行仿真作业试验。分析结果表明,镇压筑埂装置的弹性羽片与埂底水平方向的夹角为65°,旋耕弯刀的弯折角为120°时,筑埂机作业效果最优,镇压筑埂装置和旋耕弯刀的强度和刚度满足要求。     

耕作部件对带状旋耕耕作质量的影响研究

应绿色可持续农业的发展要求，带状免耕播种技术在我国南方稻麦种植区得到推广与应用。为简明耕作部件对带状旋耕耕作质量的影响，在280、380和510 r/min刀轴转速下对凿型旋耕刀、直刃旋耕刀和IT225型旋耕刀进行田间耕作试验。试验结果表明，影响耕作质量的主要因素是耕作部件形状和刀轴转速。在刀轴转速为510 r/min时，IT225型旋耕刀创造的土壤回填率只有7%，土壤回填效果明显低于具有较小正切刃的直刃旋耕刀和凿型旋耕刀。凿型旋耕刀能够创造出较好的回填和土壤破碎的效果，但由于其没有侧切刃无法创造出整齐的种床截面。在刀轴转速为180 r/min时，凿型旋耕刀造成的种床截面扰动率高达20%。直刃旋耕刀能够形成齐整的种床截面和高于50%的土壤回填率，但产生的土壤破碎体粒径过大，不能满足播种的需求。本研究为带状旋耕耕作部件优化指明方向，即兼顾直刃旋耕刀和凿型旋耕刀的特点，将两种或几种刀具进行有机结合，以满足不同土壤条件下带状旋耕播种的需求。