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。     

基于离散元法的甘薯起垄机旋耕刀抛土性能仿真试验

为了验证甘薯起垄机上IT260型旋耕刀的抛土性能，在EDEM离散元软件中进行了仿真试验，将仿真数据与理论数据进行对比。结果表明，在IT260型旋耕刀前行速度1.54 m/s、转速330 r/min、耕深0.12 m的工况下，平均抛土量153.37 kg，满足起垄所需的土壤量需求。建立的三维模型可为今后甘薯起垄机旋耕刀的研究设计提供参考。      

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。     

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。     

微耕机水田旋耕刀片切土作业过程动力学仿真

针对微耕机旋耕作业部件与水田土壤间的作用机理研究匮乏,作业过程出现碎土性能差、效率低、和功耗大等问题,以1WGQ4型微耕机为对象,采用有限元法(FEM)和光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)的耦合方法,构建土壤-旋耕作业部件系统的动力学仿真模型,在细观上对旋耕作业部件刀片与水田土壤间的作用过程进行动力学分析。结果表明:构建的土壤-旋耕作业部件系统的动力学仿真模型精度高;水田旋耕刀片向后抛起的土壤少,与挡板碰撞破碎的土壤少,水田微耕机采用前耕后驱设计方案有利于提高其碎土性能。     

基于有限元法的微耕机旋耕刀辊切削土壤仿真

旋耕刀辊作为微耕机耕作部件,研究它与土壤相互作用关系,对于提高耕作效率有着重要意义。为此,运用LS-DYNA显式动力学软件,基于有限元方法对微耕机刀辊切削土壤进行了仿真,分析了土壤破碎情况、旋耕刀辊切削力及切削扭矩。结果表明:浅层土壤扰动位移最大、中层土壤次之、深层土壤最小,与实际耕作过程一致;切削过程中旋耕刀的最大切削力为195N,最大扭矩值为21.1N·m,与试验值相吻合,验证了仿真的有效性。研究可为有效揭示土壤耕作机理、优化旋耕刀辊结构及运动参数提供理论依据。     

秸秆-土壤-旋耕刀系统中秸秆位移仿真分析

秸秆-土壤-旋耕刀之间的相互作用机理对于分析耕作过程有着重要作用。为研究秸秆-土壤-旋耕刀的宏观及微观相互作用,对系统中的秸秆位移进行了仿真分析。首先建立了秸秆-土壤-旋耕刀相互作用的三维离散元模型;其次,对仿真结果与室内土槽实验结果进行对比分析,在土槽实验中采用示踪器方法测量秸秆位移;仿真中导出每个时刻的秸秆位置用来描述秸秆仿真位移;最后,利用仿真数据对秸秆位移进行三维分析。实验和仿真都在恒定前进速度0.222 m/s和耕深100 mm及4种转速(77、100、123、146 r/min)下进行。实验与仿真结果皆显示秸秆位移随着转速增加呈现增加的趋势;秸秆的水平运动位移总是大于同转速下的侧向位移;高转速下的实验与仿真位移误差约为40%,低转速下为70%。利用拟合的误差方程和仿真值可以估算秸秆的水平和侧向位移值,估算值与实验值误差为8.7%和9.3%。通过追踪不同位置的秸秆颗粒发现:初始位置不同的秸秆颗粒具有不同的运动:位于正切刃内侧的秸秆在刀刃切开土壤时,沿正切刃边缘滑出;而位于侧切刃下方的秸秆在开始时被侧切刃挤压随刀刃一起运动,而后随土壤一起被抛起;远离旋耕刀工作范围的秸秆,则因受土壤扰动影响而仅有微小的位移。紧靠侧切刃及过渡刃周围的秸秆颗粒在考察时间段内被直接旋耕入土。可以利用秸秆的垂直方向受力情况,优化旋耕刀刃口曲线提高秸秆在旋耕过程中直接入土的比例;还可以整合秸秆水平和侧向位移及分布,寻找最优工作参数使秸秆在3个方向都能均匀分散,从而提高秸秆分布均匀度。     

微耕机刀辊降耗和机具匀速钢带驱动的试验

由汽油机提供动力的自走式微耕机耕作时匀速性差,旋耕刀辊每转不同时刻的切土阻力和功耗波动较大。为了提高刀辊的切削稳定性及整机的操控性,对刀辊进行了改进设计,并为某型号微耕机增配了地轮驱动系统。对原刀辊和改进刀辊的切土过程进行的数值模拟结果表明:改进和优化后的刀辊切土功率峰值和平均功率分别比原刀辊降低了32.3%和41.5%,最大切削阻力降低了49.9%,切削力和切土功率波动有效减小,为机具增配驱动轮提供了功率保障。改进前后机具的对比试验表明:改进后的机具工作正常,未出现功率不足的现象,且具有更好的耕作匀速性,操控难度降低,耕作效率提高。研究结果为同类微耕机增配使机具匀速前进的驱动系统提供了理论依据。     

基于EDEM的油莎豆旋耕装置分析与试验

针对油莎豆收获过程中含土量大、根—块茎—土壤分离困难等问题造成的工作阻力大及土壤破碎率低等技术难题,通过建立油莎豆根系—块茎—土壤离散元模型,进行EDEM仿真试验,研究分析旋耕刀在不同工作参数组合下对油莎豆团聚体破坏状况。以旋耕刀旋转速度、前进速度、工作深度为试验因素,以旋耕刀挖掘阻力和刀轴扭矩为试验指标,进行正交试验,并通过Design-Expert 8.0. 6进行数据分析,得出旋耕刀最佳工作参数,即刀轴转速为250r/min、前进速度为0.8m/s、工作深度为118mm。根据优化的结果进行虚拟仿真验证试验,得出最优结果:工作阻力为3478.05N、刀轴扭矩为32.638N·m,研究可为实际油莎豆收获机田间试验提供理论基础。     

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.     

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FEM-SPH耦合算法的土壤切削仿真研究

建立了旋耕刀和土壤的FEM-SPH耦合仿真模型,基于FEM-SPH耦合算法,采用MAT147土壤材料和国家标准Ⅲ型旋耕刀,结合LS-DYNA971求解器,对土壤切削仿真进行了研究。对旋耕刀切削土壤的耕作过程进行了数值仿真模拟分析,得到了切削力和切土能耗随时间的变化曲线;计算出旋耕刀单刀切土扭矩为8.75N·m,与试验结果接近。通过正交试验分析,耕作深度为主导因子,对切土功率影响较大,调整耕作深度可有效降低土壤切削的功耗,提高耕作效率。研究表明:FEM-SPH耦合算法可有效应用于土壤切削仿真,可为研究土壤的破碎机理和耕作器具的优化设计提供理论依据。     

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。     

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.     

船式旋耕埋草机螺旋刀辊作业功耗试验

基于LabView软件平台开发了功耗测试系统。采用相位差原理,对船式旋耕埋草机的螺旋刀辊进行了中稻收获后的水田适度耕整与秸秆埋覆还田功耗试验。在功率测试平台上对测试系统进行了标定,结果显示系统测量误差在5%以内。在田间对螺旋刀辊作业功耗进行了实时检测,通过分析各因素对功率消耗的影响,得到了船式旋耕埋草机较优作业模式：实行2次耕整,刀辊转速310r/min,其中第1次作业耕深55mm,其平均作业功耗为7.13kW,第2次作业耕深达到110mm,其平均作业功耗为7.59kW,两次耕整后秸秆埋覆率达到95%以上。     

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。     

山地起垄机组合刀辊设计与仿真

针对山地烤烟种植起垄机所制垄体的饱满度与土壤细碎度不足的问题,根据螺旋叶片输送物料原理建立土壤输送模型,计算起垄所需最小土壤输送量。在此基础上,设计了一种双螺旋变螺距式旋耕起垄组合刀辊,并在EDEM离散元软件中进行仿真分析,结果表明:当机组前进速度为2.5 km/h,刀轴转速为240 r/min,耕深为0.12 m时,刀辊平均抛土质量为133.0 kg,满足起垄所需的土壤量要求。为基于微耕机平台的山地小型起垄机研发提供技术支持。     

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。     

便携式茶园微耕机的设计研究

当前我国大力发展茶园种植业,以往人力为主要劳动力的生产方式满足不了发展要求,主要存在效率低、劳动强度大、耗时费工等许多问题。为此,综合了我国耕地的基本国情及茶园式微耕机的发展现状与茶园耕地之间的不匹配的情况,并设计制造了便携式茶园微耕机。该机具旋耕刀采用直角刀片,使得入土、碎土能力增强,机器行走正常不跑偏、旋耕消耗能量较少、工作效率远大于人工作业。该便携式微耕机结构简单、轻巧便利、生产成本低,投入茶园生产后将大大提高农民生产积极性和生产效率。田间试验结果表明:该微耕机的平均耕深为130mm,平均耕作幅宽为300mm,各项参数均符合生产技术要求,能够满足茶园作业要求。     

基于离散元法的立式旋耕刀耕整作业性能仿真研究

立式旋耕刀作为旋耕机的关键作业部件,其对土壤的作用效果与自身的功耗损失将直接影响旋耕机的作业质量与工作效率。为探究立式旋耕刀与土壤颗粒间的作用机理,获得刀具的最佳结构参数及作业参数,提高旋耕机的作业质量,达到满足耕整作业农艺要求的碎土整平效果,通过构建不同结构形式的旋耕刀三维模型,搭建旋耕刀-土壤间作用的离散元模型,对单把立式旋耕刀作业时的受力情况及土壤颗粒的破碎搅拌情况进行分析,并进行系列试验。同时,通过极差分析获得工作参数对旋耕刀作业的影响作用规律,并采用受力、扭矩以及抛土碎土效果等多项指标,对不同结构形式旋耕刀自身损耗及对土壤颗粒的影响规律进行深入分析,以期研究出能够适应不同土壤结构环境及农艺模式需要的最佳旋耕刀结构及相关参数,为后续研究与试验提供理论参考。