基于LS—dyna的油菜单圆盘开沟器切削土壤动态仿真

开沟器是油菜播种机的核心部件,它影响着播种机的工作性能、油菜出芽率。为改善开沟器的入土性能和减小开沟器工作阻力,本文运用LS—dyna软件对小型手扶式油菜播种机的开沟器切削土壤进行仿真。结果表明:开沟器以0.84m·s-1前进和15rad·s-1旋转时,单个开沟器切削土壤的切削力最大值为11.8N;土壤的最大等效应力主要集中在开沟器与土壤的接触位置处。通过理论计算验证仿真的合理性,此研究为油菜播种机参数优化设计提供参考。     

林地开沟机刀具优化设计与试验

针对林地开沟条件恶劣、开沟困难的情形,设计一种开沟刀,对设计的开沟刀进行切削土壤研究与参数优化。利用LS-DYNA建立开沟刀—土壤切削有限元模型,得到开沟刀土壤切削过程等效应力、切削阻力以及切削能耗的变化规律。以平均切削阻力为指标,建立正交仿真试验,探究刀片厚度、刃倾角和刀片切削速度对平均切削阻力的影响。正交仿真试验结果表明：平均切削阻力最小时的最优参数组合为刀片厚度6 mm,刃倾角45°,刀片切削速度2 m/s;各因素影响平均切削阻力的顺序为刀片切削速度>刀片厚度>刃倾角。对优化后的开沟刀进行静力学分析,刀具的强度与刚度满足要求。林地试验开沟刀切削阻力平均值为232.6 N,试验值与仿真值误差为7.1%,表明开沟刀—土壤切削模型可用于开沟刀参数优化。     

螺旋刀具土壤切削过程模拟分析——基于ANSYS/LS-DYNA971

根据立式螺旋开沟机的工作特点,在ANSYs中建立了螺旋刀具切削土壤的有限元模型,并运用显式动力分析程序LS-DYNA97l对螺旋刀具土壤过程进行了数值模拟分析,分析结果与实际工作情况吻合,得到了切削过程中土壤的等效应力分布情况.结果表明,土壤在切削时,主要受到刀具挤压和剪切破坏.当切削力升高到土壤破坏强度时,土壤迅速失效,为揭示土壤切削状态和开沟机优化设计提供了依据.     

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。     

水稻种绳直播机改进设计及主要工作部件的有限元分析

对水稻种绳直播机的限深轮与倒绳机构进行了改进设计,并对整机的结构做了调整。其整机长度为5 8 1.8 mm,质量为2 1.1 kg,实现单体可拆卸,携带、安装方便。同时,对水稻种绳直播机的主要工作受力部件开沟器进行了有限元分析。强度分析结果表明:开沟器在线性压力下的最大等效应力为330MPa,小于45钢的屈服强度355MPa,满足强度要求。刚度分析结果表明:开沟器沿Y方向会产生受力变形,最大变形为2.0742mm,位于开沟器尾部,满足刚度要求。     

立式螺旋开沟器土槽试验装置

为了研究立式螺旋开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合工况下进行作业的功率消耗情况,设计了一套试验装置.该装置以上位机和数据采集卡为控制系统核心,利用LabVIEW编写的测控软件实现了开沟器转速、转矩等参数的采集、显示以及土壤切削功耗的处理和分析,以获得不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下土壤功耗的变化情况.利用该试验装置在转速为250 r/min,开沟角度为0°,开沟深度为250 mm的情况下,进行了前进速度分别为3,4,5 m/min的单因素土壤切削试验,并将试验参数代入切削功耗的理论计算公式中,从而对试验结果加以计算验证.单因素试验结果表明：该装置能模拟开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下的土壤切削全过程,并且以前进速度为单因素变量的试验测得的土壤切削功耗与理论计算的最大误差为11.05%.     

适宜稻板田油菜免耕移栽的开沟器设计

针对长江中下游稻油轮作区黏重土壤条件下免耕移栽机机具配重小、开沟松土阻力大及开沟器易缠草等问题,设计了波纹圆盘开沟器。开沟器采用波纹圆盘设计,通过螺栓调节开沟深度,有效解决了入土难问题。运用Pro/E构建了波纹圆盘开沟器的三维模型,通过力学性能分析了影响开沟器开沟性能的主要因素。同时,开展了基于ANSYS/LS-DYNA的开沟器切削土壤的数值模拟,得出了开沟模型三向应力和应变云图,并计算出开沟器在一定土壤条件下开沟沟深为70~80mm、沟宽为62mm,与实际相符。     

尖角长翼型开沟器的研究

基于西北旱区长根茎类中药材顺沟平铺栽植模式,针对现有中药材移栽机开沟器存在的壅土、亮苗等问题,设计了一种尖角长翼型开沟器,其入土角为20°、入土隙角为5°、开沟器幅宽为60mm、铧高为500mm,并确定了开沟器总长及分流板夹角的计算方法。以党参种苗典型栽培模式为例,基于EDEM软件模拟开沟器作业过程,结果表明覆土、回土效果良好。运用SolidWorks Simulation进行了有限元结构分析,应力幅值为0.55MPa,最大应变量为0.0002,选材满足设计要求。云图显示的最大位移量为2mm,位于开沟器翼板右下角,故在此处增设了加强筋。田间试验表明:设计的尖角长翼型开沟器性能指标均达到农业行业标准要求,解决了现有中药材顺沟平铺栽植开沟器存在的问题。     

基于SPH算法的深松铲土壤切削过程仿真及试验研究

为探明深松铲土壤切削过程中切削阻力的变化规律和了解深松铲切削土壤过程情况,基于SPH方法建立了深松铲土壤深松的有限元模型,并对其深松过程进行仿真分析。仿真结果表明:SPH法能够直观地模拟深松铲土壤切削完整过程,最大等效应力为3. 184MPa,主要集中在与深松铲接触土壤上,仿真切削阻力为3.65 k N。通过耕整地移动式田间动态试验台进行田间试验验证,得出切削阻力为3. 542 k N,与仿真结果相比误差仅为3. 05%,验证了基于SPH法进行深松铲切削土壤过程的仿真是可行的。     

基于LS—dyna的双圆盘开沟器切削过程的仿真

为提高有限元法在复杂土壤环境切削过程的仿真精度,建立接近土壤的实际模型,了解茎秆混合物对切削阻力的影响。本文运用LS—dyna软件对小型手扶式油菜播种机的开沟器切削茎秆和土壤的混合物进行仿真。结果表明:开沟器以0.84m·s-1前进和15rad·s-1旋转时,单个开沟器切削土壤的最大切削力为24.5N;切削茎秆和土壤的混合物时的最大切削阻力为573N。通过理论计算验证仿真的合理性,此研究为油菜播种机参数优化设计提供参考。     

手扶式油菜播种机双圆盘开沟器的设计

开沟器是油菜播种机的关键部件,它影响着播种机的工作性能和油菜出芽率。为了确定开沟器的工作阻力,文章对小型手扶式油菜播种机的双圆盘开沟器进行设计,确定单个开沟器切削土壤的最大切削力为22.3N,此设计为油菜播种机参数优化设计提供参考。     

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。     

新型锐角开沟器的设计及数值模拟

针对锐角开沟器土壤扰动大的问题,根据旗鱼头部轮廓曲线设计了3种新型锐角开沟器(仿生旗鱼型、圆弧型和斜线型开沟器)。选择土壤含水率(12±1)%、2种开沟深度(30、90 mm),利用离散元法(DEM)对3种开沟器的工作阻力和土壤扰动进行仿真分析,并进行土槽试验。试验与仿真结果对比表明:各项误差值均在合理范围内,验证了EDEM软件模拟开沟器作业的可行性和准确性。最后选定在开沟深度60mm时,3种类型开沟器、3种土壤含水率为因素进行9种工况下的仿真分析。结果表明:在一定深度情况下,3种开沟器的工作阻力均随含水率的增加而增大;而在含水率变化的情况下,开沟器对土壤扰动(扰动宽度、回土深度)变化不明显。仿生旗鱼型开沟器所受工作阻力和对土壤扰动最小。通过离散元仿真和试验分析,为开沟器的设计提供一种可行的方法,并可为开沟器的设计与优化提供理论依据。     

立秆式搂膜机搂膜齿的设计与有限元分析

为了解决新疆棉花秋收作业后的残膜回收难题,设计了适用于新疆棉花种植模式的立秆式搂膜机。介绍了整机的基本结构和工作原理,运用相关理论对关键部件搂膜齿进行受力分析,并利用ANSYS对3种不同形式的搂膜齿在作业过程中的总变形和等效应力进行有限元分析。结果表明:单个搂膜齿在搂膜作业时承受水平方向的土壤阻力约为28.8~43.2N,竖直方向的土壤支持力约为47.4N;弯齿形式的搂膜齿作业过程中的最大总变形和等效应力最小,分别为34.61mm和340.29MPa;直齿与斜齿形式的搂膜齿作业过程中的最大总变形和等效应力值相接近,分别为65.67、68.28mm和462.06、472.28MPa。研究结果可为搂膜式残膜回收机的设计与改进提供参考。     

基于Hypermesh水田高留茬搅浆埋茬平地机打浆刀动态仿真试验

为研究水田高留茬搅浆埋茬平地机打浆刀在切割土壤时的应力变化规律,现以打浆刀切土相位角0°～180°为一个周期,将打浆刀的切土过程划分为6个部分进行有限元应力仿真试验。通过建立刀辊—土壤力学系统,并将其导入Hypermesh仿真软件中对打浆刀切土过程进行动态仿真,得到打浆刀切土时的应力云图与应力曲线,从云图和曲线中得出一个周期内刀辊上打浆刀工作时应力变化规律。经过综合评价和相关性分析,在打浆刀刚接触土壤,即切土相位角30°时,在刀柄与弯刀联结处出现应力最大状态,与应力曲线在动态仿真0～0.2 s过程中应力变化一致,在打浆刀侧切面刚切入土壤时,与刀柄相连部分产生最大应力,随着正切面切割土壤,应力出现扩散和回归,正切面抛土时,应力出现分布范围扩大现象,对应的应力曲线在0.2 s以后应力减小且保持稳定,且侧切面受到的平均应力是正切面平均应力的2.9倍。本探究为打浆刀优化与设计提供理论研究方向。     

新型果园除草机器人结构设计与切割仿真分析

针对我国现状设计了一种适用于果园矮砧密植栽培模式的除草机器人,采用Pro/E建立了机器人各零部件的三维实体模型并完成了整机结构的约束装配,通过ADAMS软件对模型运动进行仿真验证了割刀运动规律理论分析的正确性。利用非线性显式动力学有限元软件LS-DYNA建立了割刀实体、土壤材料及切削有限元模型,并进行了割刀切削土壤过程的动力学仿真,得到了切削过程割刀等效应力、能量消耗、切削阻力的变化规律和特性,由仿真结果对比分析得出了平面圆弧型割刀为设计时优先考虑的结论。     

基于离散元法的小粒咖啡种植逆转开沟器的仿真与设计

开沟是咖啡种植过程中的重要环节,现行的咖啡开沟劳动强度大、工作效率低、人工成本高。为此,在分析小粒咖啡种植开沟农艺要求的基础上,设计了一种适合于小粒咖啡开沟的斜置逆转开沟器。该逆转开沟器可通过小型拖拉机牵引,刀轴旋转方向和拖拉机驱动轮转向相反,开沟刀向前向上切土抛土,完成开沟。应用EDEM离散元软件对逆转开沟器进行仿真模拟:设定开沟器前进速度为0.4m/s、转速为4rad/s时,单个圆盘开沟过程所受的最大阻力为750N,挡土板所受最大阻力为250N。同时,进行了试验验证,结果表明:逆转开沟器能开出沟面宽500mm、沟底宽300mm、沟深400mm的梯形栽植沟,所开沟型结构稳定,抛土效果好。     

基于ANSYS/LS——DYNA的旋耕刀强度和功耗研究

目前,旋耕刀的功耗研究主要基于ANSYS/LS—DYNA进行,旋耕刀强度分析则主要通过静力学分析完成,这与刀具实际工作时的受力状态仍有一定的差距。因此,为同时得到旋耕刀切削土壤过程中刀具应力的动态变化、刀具切削力及切土功率,利用ANSYS/LS—DYNA,采用单元组合法,对旋耕弯刀切削土壤的过程进行数值模拟。数值仿真结果表明:切削过程稳定进行时,刀具所受应力最大值为5.67×10~8 Pa,刀具与刀座的连接处容易产生应力集中,刀具的最大切削力为433.9N,由刀具转动时受到的最大扭矩求得切土峰值功率为1.66kW,与理论分析得到的刀具切削力和切土功率相近。研究结果为旋耕刀的结构参数优化设计提供指导并为旋转耕作类机械切削土壤的数值模拟仿真提供参考。     

基于Creo Simulate的青饲收获机滚刀设计与试验

滚刀是青饲收获机功率消耗最大的部件,若刀具设计不佳,会增加整机功率消耗。以自主研制的青饲收获机滚刀为研究对象,根据设计要求及秸秆的物理特性,确定刀具的类型、数量及排列方式。借助于Creo Parametric 5.0软件建立滚刀的三维模型,并利用Simulate有限元分析法对弯刀进行静态分析和优化,结果表明,当弯刀厚度减小2 mm时,弯刀最大变形量为0.059 86 mm,较优化前增大0.031 68 mm;最大应力为25.614 4 MPa,较优化前增加9.433 6 MPa。变形量、应力有所增加,但依然能够满足滚刀使用要求。以滚刀功率消耗为试验指标进行验证试验,结果表明,当弯刀厚度减小2 mm时,功率消耗有所减小,但弯刀整体质量却减少了25%,提高机具经济性,也证明仿真优化结果可靠。研究结果为后续滚刀的可靠性试验提供一定的参考。     

开沟器土壤回填的理论分析

在介绍种床开沟器土壤回填原理的基础上,采用计算分析的方法,详细探讨土壤回填过程中,开沟器工作时的土壤颗粒受力情况及土壤颗粒向沟内回落的情况,为不同结构类型的开沟器设计及改进提供理论参考。