基于离散元法的立式旋耕刀工作参数分析与优化#br# #br#

为探究立式旋耕刀作业参数对其受力情况及碎土效果的影响，建立立式旋耕刀作业的离散元模型，并对其所受阻力、扭矩的变化规律进行分析；通过设计正交试验，得到立式旋耕刀工作参数对其阻力、扭矩、作业功率及碎土率的影响，并建立相应的预测模型。通过响应面分析和预测模型对立式旋耕刀作业功率和碎土率进行参数优化，得到最佳工作参数为：前进速度1.2 m/s，刀具转速307.141 r/min，耕深25 cm，模型预测立式旋耕刀作业功率为7.042 kW，碎土率为8085%。将最佳工作参数代入仿真试验，对比试验数据得到功率的模型预测值与仿真值间的相对误差为3.97%，碎土率的相对误差为3.45%，验证了预测模型的可用性。     

山地拖拉机坡地等高线旋耕土壤侵蚀规律研究

针对黄土高原丘陵山区坡地等高线旋耕作业时土壤耕作侵蚀(土壤由坡高侧向坡低侧迁移)严重及其机理不明等问题,通过理论分析、仿真试验、土槽及实地试验相结合的方法,深入开展山地拖拉机坡地旋耕侵蚀规律研究。首先,构建了H245标准型常用旋耕刀在坡地工况下的扰土体积参数方程,完成了旋耕刀坡地扰土过程的经典力学分析,确定了导致坡地旋耕土壤侵蚀的主要影响因素：坡地角、耕作深度、刀轴转速以及旋耕作业速度;然后,基于EDEM离散元仿真软件研究了单把旋耕刀和旋耕机整机的坡地扰土规律,得出土壤颗粒在旋耕刀侧切刃的动态滑切作用下有水平向后运动的行为,浅层土壤颗粒位移最大,深层土壤颗粒位移最小,并且深层靠近旋耕刀回转中心的土壤颗粒位移最大;土壤的侧向位移方向受旋耕刀正切刃朝向的影响;随着旋耕刀的入土,土壤颗粒在垂直方向的位置呈先变深后变浅的趋势。最后,选取旋耕刀轴转速、旋耕作业速度和坡地角作为试验因素,进行了实地旋耕单因素和正交试验,单因素试验得到土壤水平、侧向位移随着上述3个因素变化的规律;正交试验方差分析得到影响土壤侧向位移的主次因素为坡地角、旋耕刀轴转速、旋耕作业速度,影响土壤水平位移的主次因素为旋耕作业速...     

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。     

高原型3Z系列中耕机用旋耕刀设计

云南省农业机械研究所根据多年来对旋耕刀的研究及推广应用,采用经验公式来进行旋耕刀侧切刃曲线的设计计算,设计出适合于中耕机旋耕作业要求的五种规格旋耕刀,满足在云南省多秸秆和绿肥等的粘重土壤田地旋耕作业的农艺要求,同时此种旋耕刀也能够应用于在云南省使用的微耕机和小型手扶拖拉机旋耕机对旋耕刀的使用要求.     

旋耕碎茬工作机理研究和通用刀辊的设计

根据旋耕、碎茬作业不同的工作机理和农艺要求,探讨了各参数之间的关系,运用最优化组合和螺旋线排列原理,设计了旋耕 碎茬刀的多头螺旋线排列及在同一刀盘上的配置,在此基础上设计了旋耕碎茬通用机的变速机构和通用刀辊。其特点是在同一刀辊的刀盘上,可分别安装旋耕刀和碎茬刀,变速箱的变速机械可适合旋耕、碎茬的不同转速要求。     

1GK-210型水旱两用旋耕机设计

设计了1GK-210型水旱两用旋耕机，介绍了其总体结构，确定了主要技术参数，并创新性设计了旋耕刀辊和托板装置。该机既适合于南方中性以上黏土性质的水田，能一次完成翻耕、埋茬、碎土、起浆和平地等多项作业；也适用于旱地粮食作物秸秆还田作业，耕整效果满足粮食作物种植农艺要求。      

旋耕机的挂接调整与维护保养

旋耕机的特点是碎土能力强,一次旋耕作业能达到一般犁耕作业几次的综合效果,可以大大缩短作业时间,有利争抢农时,旋耕后的田地可满足播种或插秧的要求。旋耕机是一种由动力驱动工作部件（旋耕刀）以切碎土壤为主,兼有覆盖翻转土壤的耕作机械。它是利用刀轴上刀片的旋转和前进的复合运动对未耕地和已耕地进行碎土作业。     

立式旋耕机旋刀系统的设计及受力分析

为达到土壤局部覆盖、蓄水保墒、节约资源和增产增收的目的,设计了一种Y型立式旋耕机的旋耕刀系统,并阐述了其结构组成及工作原理。通过Solid Works软件对旋耕刀进行了结构设计,应用作图法对旋耕刀结构参数进行了分析。通过对单把立式旋耕刀的受力分析可知,立式旋耕刀在稳定切削土壤时的切向阻力主要由单把立式旋耕刀的动态切削阻力和扰动阻力组成。将模型导入仿真软件ADAMS中,模拟出立式旋耕刀的运动轨迹为余摆线,通过添加参数,模拟出单把立式旋耕刀的动态切削阻力、扰动阻力和切削阻力的变化曲线,得到旋耕刀的切削过程是一个周期性的变化过程,并对单把立式旋耕刀的切向阻力进行了分析。     

旋耕机选购、使用和保养

旋耕机是利用拖拉机的动力驱动旋耕刀片切削土壤的耕作机械,和其它耕作机械比较, 旋耕作业具有碎土性能好,工作效率高、作业质量高等特点, 一次作业可达到土碎地平的目的。按配套拖拉机来划分,旋     

驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机设计与试验

针对传统旋耕式耕整机在稻-油或稻-稻-油水旱轮作的油菜种植模式下进行耕整地作业易存在整机通过性、适应性差,旋耕装置作业碎土率低、刀辊易缠草、秸秆埋覆性能差等问题,设计了一种驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机。提出先主动犁耕后双刃旋耕、两侧开畦沟的工作方式,分析确定了驱动圆盘犁组主要结构参数以及驱动圆盘犁组-开畦沟前犁布局方式;分析确定了一种应用于驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机的双刃型旋耕装置关键结构参数。依据滑切原理确定了具有长刃部和短刃部的双刃型旋耕刀片关键结构参数;根据驱动圆盘犁组结构布局确定了双刃型旋耕装置为双头螺旋线排列方式。利用离散元仿真方法分析了整机的秸秆埋覆性能以及对土壤耕层交换的影响,结果表明整机作业平均秸秆埋覆率为94.69%,且整机作业后土壤耕层混合均匀。在秸秆留茬量不同的两种工况下进行田间性能试验,田间性能试验表明,驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机作业后平均秸秆埋覆率为96.45%,平均碎土率为95.30%,犁组不堵塞,刀辊不易缠草,机组通过性好;田间播种试验表明,整机播种后油菜出苗均匀,整机作业各项指标均满足稻茬地油菜直播种床整备要求。     

基于离散元法的油莎豆降阻挖掘装置设计与试验

目前油莎豆机械化收获方式以正旋旋耕挖掘为主,但工作过程中存在工作阻力大、碎土率低、埋果率高等问题,本文针对油莎豆旋耕挖掘方式进行反旋运动学分析,建立了旋耕刀与油莎豆团聚体离散元模型,结合EDEM进行挖掘过程离散元仿真试验,确定影响旋耕刀工作阻力和刀轴扭矩的结构参数和取值范围,利用Design-Expert进行试验优化与回归分析,确定旋耕刀的最佳结构参数为：弯折角130°、工作幅宽45mm,在相同参数设置下与正旋旋耕方式进行对比试验,工作阻力降低了8.6%,刀轴扭矩降低了5.9%,证明反旋挖掘具有降阻作用。为检验优化设计的旋耕刀作业性能,以埋果率和土壤破碎率作为试验指标进行对比试验,结果表明：反旋作业方式埋果率1.07%,土壤破碎率93.48%,与标准旋耕刀相比,新型旋耕刀油莎豆块茎埋果率减低了1.2个百分点,土壤破碎率提高了1.3个百分点。     

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.     

旋耕机作业参数设计对拖拉机功耗的影响研究

本课题研究了旋耕机作业参数对拖拉机功耗的影响关系,建立旋耕机作业参数对拖拉机功耗影响的数学模型,以旋耕机作业耕深、作业推进速度、刀辊转速为影响因子设计正交试验,试验结果表明:影响拖拉机功耗的各因素主次顺序为作业前进速度、刀辊转速、作业耕深。考虑旋耕作业质量与旋耕作业效率前提下,较优的旋耕作业参数为:作业推进速度2.9km/h,刀辊转速275r/min,耕深为210mm时,功耗值77.3kW,碎土率达到85%。通过数据分析软件对旋耕机作业参数与功耗建立回归方程,回归方程相关性高,有效反应了各试验因素与功耗之间的影响关系。研究结果为旋耕机结构参数设计、拖拉机动力匹配等工作提供了参考依据。     

开沟旋耕机渐变螺旋升角轴向匀土刀辊设计与试验

针对长江中下游农业区开厢沟后旋耕作业地表平整度差、土壤轴向分布不均匀等问题,设计了一种渐变螺旋升角轴向匀土刀辊。分析了旋耕刀轴向运土力学条件,建立了匀土刀辊旋耕刀扰土体积参数方程和旋耕刀渐变螺旋升角排列螺旋线方程,并分析确定了影响匀土刀辊轴向匀土性能的关键因素为刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角。运用离散元法模拟匀土刀辊作业过程,以耕后地表平整度为试验指标,以刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角为试验因素,进行了正交试验,建立地表平整度回归方程。利用Design-Expert分析软件得到最优参数组合为：刀辊转速260r/min、旋耕切土节距8.3cm、初始螺旋升角71°,此时仿真地表平整度为17.35mm。在最优参数组合下进行了田间试验,结果表明,匀土刀辊作业后,地表平整度、土壤轴向分布均匀度、耕深稳定性系数、碎土率的均值分别为14.5mm、8.82%、92.34%、81.66%,整体耕整效果优于常用旋耕刀辊。     

小型手扶自走式棉田培土机的设计与试验

针对棉田中耕培土机耕深不稳定、培土效果差、易损伤棉株等问题,结合农艺要求,设计了小型手扶自走式棉田培土机。通过理论计算与研究确定了整机动力等技术参数,同时对旋耕培土刀和行走轮进行了设计和改进,并运用有限元方法对培土刀和刀辊进行了静力学分析,确定了培土刀参数,提高了机器的碎土和抛土能力,其培土的深度和宽度均可调节,减少了对棉株的损害。试验表明:该机满足棉花培土作业的农艺要求,实现了棉田培土的机械化作业。     

立式旋耕机传动系统设计及旋刀运动分析

针对当前我国联合播种机常用耕作部件存在易漏耕和不能适应高速作业的问题,设计了一种立式旋耕机.简述了立式旋耕机的结构和传动系统主要设计参数,通过对旋刀运动学分析得出立式旋耕机前进速度只影响碎土质量;通过对旋刀不同安装方式的运动轨迹和受力仿真分析,得出选择适合的旋刀安装等分角可显著减少整机受力;立式旋耕机工作平稳,但存在重复切屑,导致耕作带土壤细碎不一致.     

整地机械作业对土壤结构的影响

为探究不同整地机械作业对土壤结构的影响规律，根据影响规律分析不同整地机械的优缺点。选定深松机、旋耕机和联合作业机进行田间作业对比，分析作业后的土壤物理参数，深松机对土壤的疏松能力较好，旋耕机的碎土能力较好且能保证一定的土壤平整水平，联合作业机综合能力较强，能提高农业生产效率，间接提高作物产量。研究得到不同整地机械对土壤结构的作业特点，为后续相关研究和整地机械的研制提供参考。     

基于离散元的稻板田旋耕功耗预测模型研究

针对旋埋刀辊在对长江中下游稻板田耕作时存在的高功耗问题，基于离散元方法构建稻板田旋耕功耗预测模型，以辅助旋埋刀辊功耗检测。连续3年对稻板田土壤含水率的进行监测，发现土壤含水率与其塑限接近，说明稻板田土壤塑性较差，结合土壤受载后的形变及破坏特点，最终选定HertzMindlin with Bonding颗粒接触模型表征稻板田土壤的粘结和破坏情况。根据旋耕作业形式的特殊性和旋埋刀辊的结构特点，沿幅宽方向缩小旋埋刀辊的尺度，在旋耕测试平台的辅助下，完成标定参照试验。利用离散元软件建立旋耕作业模型，进行等步长爬坡试验，通过步阶次序建立接触参数与功耗指标之间的函数关系，代入标定参照试验功耗值，最终确定稻板田旋耕功耗预测模型的接触参数取值，完成模型的构建。为进一步验证该模型的适用性，在不同作业工况下对通用刀辊和旋埋刀辊进行误差对比试验，结果显示，预测误差范围为3.63%～9.48%，均值为6.65%，结合方差分析说明，稻板田旋耕功耗预测模型适用于不同旋耕刀辊及工况下的功耗预测。还原刀辊真实尺度的田间试验功耗预测误差范围为2.50%～12.81%，均值为7.28%，刀辊结构在缩放过程误差变化较小，说明模型能够准确反映旋埋刀辊在稻板田作业的功耗情况。     

通用刀片功率消耗影响因素分析与田间试验

在实验室土槽中对旋耕-碎茬通用刀片单刀扭矩进行了试验,确定了在旋耕作业和碎茬作业时,耕深、刀辊转速、机组作业速度对功率消耗的影响,建立了这两种作业状态下扭矩与工作参数关系的回归方程.土槽试验结果表明,转速对功率消耗影响显著,耕深影响次之,作业速度对功率消耗影响较小.将通用刀片安装到仿生智能耕整机上进行田间旋耕和碎茬试验,田间测试结果表明,耕深稳定性达93%,平均碎茬率、根茬覆盖率、碎土率分别为81.8%、87.2%、87.9%,均满足两种作业的农艺要求.     

ANSYS在旋耕起垄机刀片设计中的应用

旋耕起垄机是一种广泛应用于蔬菜、花卉等经济作物种植中的多功能农机具,能一次完成碎土旋耕、整地起垄的作业任务。旋耕起垄机的刀片在耕作过程中除了具有碎土作用外还必须能够推土成垄,因此其受力要比普通旋耕机刀片的受力要大,目前还缺少有效的强度设计方法,基本上是采用经验设计或类比设计的方法来进行。为此,使用ANSYS软件对某小型旋耕起垄机的刀片进行了分析研究,通过有限元模型及仿真计算,得到了刀片的应力分布情况、危险截面区域及强度条件,对起垄刀片的设计有一定的借鉴意义。