红壤凿形深松铲的设计与试验

针对南方红壤旱作区土壤黏性强、比阻大的现状,为减少深松铲的红壤土黏附量和降低牵引阻力,设计了一种红壤凿形深松铲。在深入分析红壤条件下深松铲受力情况的基础上,确定了影响红壤凿形深松铲黏附阻力和牵引阻力的结构参数及其取值范围。同时,采用正交试验设计方法,研究了入土角、铲柄刃口夹角、铲柄厚度和铲柄侧面宽度对黏土量和牵引阻力的影响规律,得出红壤凿形深松铲的最佳结构参数组合:入土角β为4 0°、铲柄刃口夹角γ为6 0°、铲柄厚度σ为4 0 mm、铲柄侧面宽度B2为100mm。同时,基于最佳结构参数组合优化深松铲,设计了掘齿型和半轴型铲头。田间对比试验结果表明:标准型、掘齿型、半轴型铲头3种红壤凿形深松铲牵引阻力的跃动区间分别为11~16kN、13~17kN、9~12kN;与标准型相比,掘齿型的黏土量减少4.2%,牵引阻力增加6.24%~15.15%,半轴型的黏土量和牵引阻力分别减小30%和18.21%~18.64%,确定了铲头形状为半轴型。该研究为适用于南方红壤旱作区耕作机具的设计研究提供了参考依据。     

深松铲入土角对土壤硬度变化影响的试验研究

入土角是深松铲的关键参数之一,其对深松铲的作业性能产生重要影响。本文在模拟大田土壤环境的基础上,以箭形深松铲为对象,研究不同入土角对土壤硬度变化的影响。试验结果表明:(1)在垄形中心线位置,浅层(0~250mm)土壤的硬度变化受入土角影响较小,犁底层下部(250~300mm)土壤的硬度减小程度随入土角增大而提高;(2)入土角对土壤硬度变化及其分布状态产生重要影响,当入土角为23°时,土壤硬度变化系数大于入土角为18°与28°,深松铲对土壤的疏松效果最佳;(3)采用surf函数及cubic插值算法对土壤硬度分布进行可视化,扰动区域土壤的疏松效果及硬度变化趋势与试验结果一致。本研究可以为优化深松铲结构参数、提高深松耕作质量提供决策依据。     

小型山地苜蓿播种机开沟器的设计与试验

针对黄土高原山区坡地苜蓿机械化播种存在着开沟阻力大、入土性能不佳等问题,设计了一种曲面刃口型种肥正位分施开沟器。采用中心组合试验设计方法进行开沟器的机播试验,建立了开沟性能与行走速度、入土隙角、铲面张角的数学模型,并采用响应面优化分析,得到了开沟器的最佳结构参数。田间试验表明,播种机以0.8m/s的速度行驶、入土隙角为8°、铲面张角为32°时,开沟效果最佳,开沟器入土性能较好、开沟阻力小。     

自激式振动深松整地机设计与试验

为了减小深松耕作阻力、提高深松深度的稳定性,设计了一种入土角可控的自激式振动深松整地机。通过室内土槽对比试验优化了自激式振动深松装置的弹簧参数,验证了减阻效果,并对整机作业质量进行了田间测试。土槽试验表明:弹簧的性能参数对减阻效果有显著影响,当弹簧刚度为194 N/mm时,入土角可控自激振动深松可使牵引阻力下降29.8%,自激振动条件下入土角可控较不可控牵引阻力下降8.9%;田间试验结果表明:深松整地机作业后深松深度合格率达到100%,稳定性系数达到95.49%,土壤膨松度平均值为19.34%,土壤干扰系数为56.62%;机具作业后地表平整,碎土率平均值为76.4%,通过性能良好,较好地满足了我国北方一年两熟区深松整地技术的要求。     

考虑分段土壤作用力的振动减阻分析

振动载荷作用下耕作土壤作用力复杂多变,为研究入土角、振幅、振频对土壤作用力、牵引阻力的影响,将耕作土壤视为粘弹性材料,根据深松铲对土壤进行切削、提升、再切削,建立考虑分段土壤作用力的振动深松机-土壤系统的力学模型,采用渐近法与数值积分求解分析该模型,分析表明入土角为45°、振幅为0.001 m、振频为10 Hz时,土壤作用力较小。利用振动深松机进行试验研究,试验数据与仿真数据对比,验证了模型的正确性。试验结果进一步表明利用振动可以减小土壤作用力,降低拖拉机牵引阻力,提高土壤深松质量。     

深松铲减阻性及耕作阻力影响因素研究——基于LS-DYNA

为研究不同触土曲面深松铲的减阻效果及不同工作参数对深松铲耕作阻力的影响,设计了5种典型准线的深松铲结构,并通过ANSYS/LS-DYNA软件对深松铲切削土壤过程进行了仿真,对比分析了不同结构深松铲切削土壤时所受到的阻力,选择出减阻性能最好的深松铲结构。以优选的深松铲作为研究对象,对入土角、工作速度及工作深度等因素进行单因素试验,研究上述因素对耕作阻力的影响。试验结果表明:仿生变曲率深松铲的减阻性能最好,其耕作阻力最小(601 N);入土角为24°时,深松铲耕作阻力最小;耕作阻力随工作速度和工作深度的增加而增大。该文可为深松铲结构的设计以及工作参数的选择提供一定的技术支持。     

前铲入土角对分层深松土壤扰动的影响研究

前铲入土角是分层深松机设计的关键参数之一。本文以分层深松铲为研究对象,采用数字化土槽试验方法,研究不同前铲入土角对分层深松土壤扰动的影响。结果表明:(1)随着前铲入土角度的增大,分层深松的土壤坑形轮廓宽度随之减小;单铲深松的土壤坑形轮廓宽度大于前铲入土角度不同的分层深松;(2)当前铲入土角为15°时,分层深松铲的深松深度最小,当前铲入土角为31°时,分层深松铲的深松深度稳定性最大;(3)当前铲入土角为15°时,分层深松的土壤蓬松度最大,分层深松的地表平整性最差;当前铲入土角为31°时,分层深松的地表平整性最好。本研究可以为分层深松机前铲入土角的确定提供决策依据。     

行间深松部件的试验研究

国内外现有的深松机在地表无覆盖的条件下工作性能较好,但是在保护性耕作条件下还存在秸秆堵塞、入土困难、工作阻力大等问题。为此,对研制的行间深松部件进行了正交试验。结果表明,圆盘和铲的水平间距、机器前进速度、深松铲的入土角对牵引阻力和牵引功耗有显著影响,对深松机具的研究提供一定的基础。     

马铃薯挖掘阻力测试装置研究

针对现有的马铃薯收获机械牵引阻力大、设计和安装不合理、燃油消耗大、生产效率低等问题,以固定式三角平面挖掘铲作为研究对象,设计了马铃薯挖掘阻力测试装置,进行田间试验,分析挖掘铲铲面倾角、铲刃斜角及前进速度对牵引阻力的影响,并以牵引阻力作为优化指标,得到较优的参数组合。研究结果表明:挖掘铲铲面倾角为16°~32°时,牵引阻力随着铲面倾角的逐渐增加而迅速增大;铲刃斜角为50°~55°时,牵引阻力较小;牵引阻力随着前进速度的增加而逐渐增大,趋势稳定且缓慢。同时,通过响应面试验进行参数优化得出:牵引阻力的最佳的工作参数组合为铲面倾角20°、铲刃斜角52.8°、前进速度0.8m/s。该研究可为马铃薯收获机挖掘装置设计、安装参数的选择和马铃薯收获机挖掘阻力的研究提供参考。     

油菜直播机开沟犁体曲面优化与试验

为减小油菜直播机开畦沟系统牵引阻力并分析机组不同作业速度对牵引阻力影响的规律,开展了开畦沟犁体曲面参数与作业速度的试验研究。建立了EDEM离散元土壤仿真模型,以犁体牵引阻力为试验指标分别开展以铧刃起土角、导曲线开度、直元线起始角、直元线最大角及作业速度为试验因素的试验;构建了犁体曲面优化模型,并开展了犁体曲面的3D打印及试制加工。仿真试验结果表明:在试验范围内,牵引阻力随铧刃起土角增大而减小,分别随导曲线开度、直元线起始角、直元线最大角增大而增大,随作业速度的增大而急剧增大,作业速度从1.0 m/s增加到2.0 m/s,牵引阻力及功耗分别为前者的1.98倍及3.97倍;仿真优化结果表明:当犁体在一定工作参数条件下,铧刃起土角为15°,导曲线开度为190 mm,直元线起始角为35°,直元线最大角为40°时,犁体牵引阻力最小为241.11 N,比优化前减少11.26%。为考察优化犁体实际田间作业效果,对犁体进行3D打印及试制加工并与原有犁体进行田间对比试验,结果表明优化犁体作业的畦沟沟底大块土垡少,残留土壤质量减少62.87%,沟底干净,T型沟明显。     

甘蔗地凿式深松犁的受力仿真分析

针对在甘蔗地使用的凿式深松犁,对比分析了在相同受力条件下,圆弧式和立柱式两种犁体的静力学特性;同时对圆弧式深松犁在不同悬挂位置进行了静力学仿真。运用SolidWoks软件从以上两个方面研究深松犁的强度特性,分析发现圆弧式结构强度较好,螺栓孔的位置较低时犁体受力较小,这为进一步完善甘蔗地使用的深松机械提供了参考。     

两段圆锥式螺旋扶蔗机构的设计与仿真分析

为了研究扶蔗机构的工作性能,优化扶蔗器结构参数设计,建立了运动学模型。使用Solid Works,设计两段圆锥式螺旋扶蔗机构虚拟样机,应用ADAMS仿真工具,进行了运动学及力学仿真试验及高速摄影试验验证。结果表明:输送段安装角为30°~60°范围内,甘蔗不跌落;输送段安装角为60°,甘蔗扶起到最高点为4.1s,效率最高;螺旋倾角为45°时,甘蔗均匀受到螺旋叶片的作用力,无跌落现象;螺距有效范围为270~290mm,螺距为285mm时,受力情况以及扶起变化最稳定,扶起效果最好。     

基于EDEM的糖厂原料蔗滚筒除杂装置研究

切段甘蔗收获技术是我国甘蔗收获机械化的主推技术,入厂原料蔗含杂率较高,特别是机收原料蔗泥土含量较大,使糖厂产生抵触,影响机械化收获技术的推广.针对上述问题,设计了一种糖厂原料蔗滚筒除杂装置,并对所设计的滚筒除杂装置进行EDEM试验仿真.为了研究滚筒除杂装置的结构参数和作业参数对除杂率及质量流率的影响,采用3因素3水平正...     

风筛式谷物清选模拟研究及参数讨论

为研究风筛式谷物清选装置工作原理及寻找最佳工作参数,采用EDEM软件与Fluent软件耦合的方法,对稻米与茎秆在风筛装置中的运动行为进行仿真,并通过统计稻米含杂率和损失率来衡量不同参数下风筛装置工作性能的好坏。结果表明:所设计的风筛装置可以完成稻米与茎秆的分离。通过对风速8、10、12 m/s的讨论,可以得出增大风速能减小含杂率,但会增大损失率;通过对筛面倾角0°、2°、4°的讨论,可以得出增大筛面倾角会导致含杂率和损失率均增大;通过对筛孔形状的讨论,可以得出选用方孔筛时清选效果更佳。综合考虑,风速为10m/s、方孔筛筛面倾角为0°时,得到稻米含杂率为0.33%,损失率为0.38%,为最佳工作参数。研究可为谷物清选装置参数优化提供一定参考。     

预切种式甘蔗横向排种器设计与试验

为实现蔗种精准横向播种,设计了一种预切种式甘蔗横向排种器。通过对蔗种在排种器中的运动分析和基于Recurdyn软件的排种器运动仿真,探究排种器传送链轴转速、提升传送链倾角和集蔗箱倾角对排种性能的影响。利用自制的简易链式甘蔗排种器试验平台,对排种器的一级链轴转速、传送链倾角和集蔗箱倾角等参数进行试验研究,结果表明:传送链倾角和一级链轴转速对排种性能具有极显著的影响,集蔗箱倾角对排种性能的影响不显著;排种性能的最优参数组合为传送链倾角55°、链轴转速9.16 r/min、集蔗箱倾角45°。室内验证试验表明,排种器的合格率为92.6%、漏植率为5%、重植率为3.2%,说明排种器能有效避免排种过程的重植和漏植现象,减少播种过程的耗种量。田间验证试验表明,排种方向合格率93.37%,排种株距合格率90.33%,排种株距在33～49.5cm的合理株距范围内,实现了双蔗芽蔗种的精准横向播种。     

基于ANSYS/Ls-Dyna的甘蔗收获机切割系统功耗模型研究

对甘蔗茎秆切割系统的功耗研究有利于提高甘蔗收获机的切割性能及发动机功率的利用率。因此，为得到甘蔗切割装置在工作过程中的切割力及切割功率的变化情况，采用单元组合法并结合ANSYS/Ls-Dyna对收获机切割装置的切割过程进行数值模拟分析。以切割刀线速度、切割刀盘倾角及切割刀刃角为试验因素，以切割功率及切割力为试验指标进行单因素试验分析，确定切割试验因素的参数范围并进行仿真试验设计，同时选择最小切割功率为优化目标，得出其最佳的切割条件为切割刀线速度为38.8 m/s，刀盘倾角为11.66°，切割刀刃角为25°，在此条件下，甘蔗收获机切割装置切割蔗茎时所消耗的功率最小，其最小切割功率为0.80 kW。     

甘蔗收获机两段螺旋式扶起机构设计与试验

为了确定两段螺旋式扶起机构的结构参数,运用虚拟技术对该机构和甘蔗扶起过程进行了运动学仿真,设计了两段螺旋式扶起机构样机,在高速摄影的环境下进行了甘蔗扶起性能试验,获得扶起机构对甘蔗的作用及影响规律。结果表明:扶起机构适用于侧向倒伏角为45°～165°的甘蔗;速比为0.59,拣拾段安装角为5°,输送段安装角为60°时,扶起甘蔗效果最好。     

基于SPH法的植保机高花纹轮牵引性能研究

植保机存在水稻田土壤时行走困难,牵引性能差等问题,以植保机高花纹驱动轮为研究对象,基于SPH(光滑流体粒子动力学法)建立植保机驱动轮-土壤有限元模型,以植保机高花纹轮结构参数中花纹深度,花纹倾斜角及花纹宽度为三个因素,以挂钩牵引力和牵引效率为牵引性能指标,利用ANSYS显式动力学求解模块LS-DYNA对驱动轮在水稻田土间行走进行仿真分析,通过正交试验法分析各因素对驱动轮土壤间行走牵引性能的影响规律,经过多目标优化,花纹深度50 mm、花纹倾斜角为80°、花纹宽度121.87 mm时可以获得最优的牵引性能,较原始值挂钩牵引力提高249 N,牵引效率提高15.51%,该结果为后期的驱动轮结构设计优化提供参考。     

拖拉机动力输出双万向轴分析及优化设计

作为轮式拖拉机的重要动力输出机构,动力输出轴能够为各种类型的配套农机具提供动力。针对动力输出轴在旋耕作业中易断裂的问题,对传动系统中影响输出轴受载的因素进行研究。首先对万向节传动结构进行分析,构建万向节Ⅲ轴的工作摆角与动力输出轴的阻力扭矩之间的解析关系,并利用MATLAB进行仿真分析。然后基于TRIZ理论,以减小摆角为目标,应用物-场模型设计出一种新型的旋耕机机构,并利用ADAMS和EDEM进行新机构与原机构的对比仿真试验,结果表明摆角极值由8.42°减小至3.29°,平均值由5.23°减小至1.62°,阻力扭矩放大系数的平均值由0.55减小至0.36,有效地减少动力输出轴上的载荷,提高动力输出轴的使用寿命。该研究结果能够为同类问题提供解决思路和技术支持。