凸圆滑切式减阻深松铲尖设计与试验

针对深松作业阻力大、功耗高的问题,基于滑切理论设计了1种具有凸圆弧形滑切刃的深松铲尖,建立了深松作业过程中,铲尖上表面滑切刃与土壤的切削模型,分析了刀片受力情况,并依据滑切产生因素,推导出刀片刃口曲线表达式。田间试验表明:拖拉机前进速度为4.1 km/h,深松铲耕作深度为250 mm时,凸圆弧形滑切刃深松铲牵引阻力较国标深松铲的牵引阻力平均下降12.08%,达到了降低深松作业阻力的目的。     

深松耕作阻力的影响因素分析与减阻策略

【目的】识别深松耕作阻力的关键因素及其影响程度,为深松减阻技术与装备研究奠定基础。【方法】采用7因素3水平正交试验和单因变量方差分析方法,研究深松机铲形(箭形、凿形)、铲距(300,400,500mm)、入土角(18°,23°,28°)、土壤含水率(10%,15%,20%)、土壤坚实度(1 000,1 500,2 000kPa)、耕深(250,300,350mm)及牵引速度(2,3,4km/h)对深松耕作阻力的影响。【结果】铲形、铲距、入土角、土壤含水率、土壤坚实度、耕深、牵引速度的检验概率依次为0.613,0.057,0.056,0.495,0.013,0.001和0.797;不同因素对耕作阻力影响程度的排序为耕深土壤坚实度入土角铲距土壤含水率铲形牵引速度,且耕深、土壤坚实度、入土角、铲距对深松耕作阻力变化影响显著。【结论】为减小深松耕作阻力、提高耕作质量,建议在满足农艺要求的前提下,深松深度的确定应以"耕作层+犁底层"的厚度为主要依据;深松作业间隔年限的确定应将土壤坚实度作为重要评价指标;合理配置深松铲的入土角和铲距有助于减小深松作业阻力和提高作业质量。     

1SZL-420型自激振动深松机的设计与试验

【目的】研制一种自激振动深松机.这种深松机在工作过程中,由于非线性土壤耕作阻力作用到振动深松铲上,压迫弹簧往复振动,从而减小机具的牵引阻力,降低功耗.【方法】通过性能试验和查询已经成熟的技术文献,设计深松铲的结构并优化.为了评估样机性能,进行田间试验.【结果】田间试验表明,从无弹簧到Ⅱ号弹簧,深松机可减阻17.76%,深松深度为386.61~406.23mm,稳定性系数为93.30%左右,土壤蓬松度为24.18%~28.65%,土壤扰动系数为53.55%~57.06%,深松效果良好.【结论】本自激振动深松机能够有效减小牵引阻力,降低机具功耗,各项工作参数达到评定指标.     

1SZL-型自激振动深松机的设计与试验

[目的]研制一种自激振动深松机.这种深松机在工作过程中,由于非线性土壤耕作阻力作用到振动深松铲上,压迫弹簧往复振动,从而减小机具的牵引阻力,降低功耗.[方法]通过性能试验和查询已经成熟的技术文献,设计深松铲的结构并优化.为了评估样机性能,进行田间试验.[结果]田间试验表明,从无弹簧到Ⅱ号弹簧,深松机可减阻17.76%,深松深度为386.61~406.23mm,稳定性系数为93.30%左右,土壤蓬松度为24.18%~28.65%,土壤扰动系数为53.55%~57.06%,深松效果良好.[结论]本自激振动深松机能够有效减小牵引阻力,降低机具功耗,各项工作参数达到评定指标.     

弹性与刚性深松部件对深松机牵引阻力的影响

为了研究弹性与刚性深松部件对牵引阻力的影响,以弹齿式深松铲和刚性深松铲为研究对象,对两种深松铲进行牵引力及振动参数测试,对比振动式深松铲和非振动式深松铲对牵引阻力的影响,通过对两种深松铲的受力分析可知,弹齿式深松铲的牵引阻力比刚性深松铲牵引阻力降低9.95%,深松比阻减小14.52%,有较好的减阻效果。正交试验分析结果表明:当选用弹齿式深松铲、前进速度为1m·s-1、耕深为25cm时,牵引阻力、功耗均出现最小值。弹齿式深松铲适用于耕作层土壤的疏松,而刚齿式深松铲适用于深松犁底层坚硬的土壤。弹齿式深松铲的振动主频率为5.86Hz,刚性深松铲的振动主频率为4.39Hz。说明土壤阻力变化是引起弹齿式深松铲的振动的主要原因。     

深松参数对双翼深松铲耕作阻力影响的仿真分析

利用离散元建立了双翼深松铲的深松仿真模型，分析了深松参数对双翼深松铲耕作阻力的影响。结果表明，双翼深松铲对土壤的作用主要表现在前进过程中对土壤的切削和抬升2个方面；双翼深松铲主要阻力来源于土壤对其前进的阻碍作用，竖直方向上土壤对深松铲抬升作用的阻碍作用也是深松阻力的重要来源之一，双翼深松铲侧方向上的受力非常小；在深松速度0.4～1.2 m/s与深松深度220～300 mm时，深松速度和深松深度对双翼深松铲前进方向的受力均有较大的影响，随着深松深度和速度的不断增加，前进方向的阻力不断增大；深松深度对双翼深松铲竖直方向的受力有较大影响，竖直方向的受力随着深松深度的增加而变大，而深松速度对双翼深松铲竖直方向的受力基本没有影响。     

基于LS-DYNA的深松铲阻力仿真

为降低耕作阻力,揭示深松铲与土壤之间的关系特性,根据深松铲切削土壤的工作特点,利用LS-DYNA模拟分析深松铲切削土壤的过程,获得切削土壤的应力变化规律。结果表明,当深松铲以0.49 m/s的初速度切削、深松深度为250 mm时,单个深松铲的最大切削阻力为2 230 N,土壤在1.75 s发生崩裂,达到深松效果。通过试验测试,单个深松铲受力约为2 332.5 N,与仿真误差为4.5%,验证了仿真的合理性,仿真数据结果可以为实际深松过程提供参考。     

双翼式深松铲的仿生设计及其离散元分析

深松铲是保护性耕作中进行深松的主要工具,其品质直接影响深松的效果.在对双翼式深松铲改型设计的基础上,应用仿生技术研究成果设计出仿生深松铲,并通过Pro/E软件对改型深松铲和仿生深松铲进行三维建模.而后应用离散元软件EDEM 对两种形式深松铲进行仿真分析,得出速度为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m/s时两种深松铲所受的耕作阻力.离散元分析结果表明,两种深松铲在触土过程中耕作阻力变化趋势相同.虽然仿生深松铲具有较好的土壤脱附和耐磨性能,但平均耕作阻力较之改型深松铲稍大.本研究方法为新型深松铲的优化设计提供了参考.     

深松机具与耕作阻力

本文分析了影响深松机具牵引阻力的因素。深松作业的牵引阻力与作业速度的平方以及松土深度成正比。铲头形状影响切土、碎土阻力,铲柄形状影响土壤惯性阻力、土壤与铲柄的摩擦阻力及碎土阻力。在粘土地上,园孤形铲柄较前倾直线形铲柄的牵引阻力小,但在沙壤土中,则前倾45度的直线形铲柄较园孤形铲柄的牵引阻力小。因此,应根据土壤类型合理选用深松部件的形状以减小牵引阻力。     

基于EDEM的双翼式深松铲设计与仿真试验

设计了一种由铲柄、铲翼及铲尖组成的双翼式深松铲,建立了基于EDEM离散元仿真模型,分析确定了双翼式深松铲主要工作参数及结构参数并进行仿真试验.结果表明,在试验范围内,双翼式深松铲耕作阻力F随铲翼翻土角γ及起土角α增大而增小,随耕作速度v先减小后增大.当双翼式深松铲铲翼翻土角γ取30°、起土角α取30°、耕作速度v取0.75 m/s时,双翼式深松铲耕作阻力F最小.土槽试验结果表明,双翼式深松铲作业时,土壤沿铲翼后部自动向内及后方迁移,土壤原地翻转,不堆积在侧边地表且两侧扰动小.     

自激振动深松机的设计与试验

为减小深松阻力,提高深松质量,设计一种弹簧可更换的自激振动深松机。通过建立自激振动深松单体力学模型,确定自激振动深松装置的弹簧参数,并通过田间试验对自激振动减阻效果进行测试,田间试验结果表明,相对于非振动深松,自激振动深松可降低深松牵引阻力,但弹簧类型对减阻效果有影响。其中,相对于非振动状态,弹簧刚度为185.3 N/mm时,可使牵引阻力下降最大达到58.71%。深松后各耕层土壤容重下降,在15~30 cm耕层,自激振动深松时土壤容重相较于耕前土壤容重下降达18.01%,土壤蓬松度平均值为16.47%,土壤扰动系数平均值为55.49%,深松效果良好,该研究可为自激振动深松机的设计提供一定的理论基础与依据。     

分层深松铲型配置参数对牵引阻力的影响

分层深松采用前后铲分层作业方式,深松后土壤更松碎,土层不发生改变。文章利用深松铲阻力测试装置,研究分层深松铲型配置参数对牵引阻力影响。结果表明,后铲25 cm深松深度,铲型组合为箭型-凿型时,分层高度差为11.5 cm、铲距为34.5 cm时牵引阻力最小;通过凿型、箭型、双翼型不同铲型组合及单层深松牵引阻力对比分析表明,深松深度相同时,分层深松前后铲型面积和越大阻力越大,分层深松阻力一般大于单层深松;分层深松交换前后铲型试验得出,深度相同时,凿型-双翼型、箭型-双翼型组合阻力分别小于双翼型-凿型、双翼型-箭型组合,而箭型-凿型组合阻力却与凿型-箭型组合十分接近。     

1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机的设计

为解决机械式深松机在作业中存在的牵引阻力大、松土效果差等问题,研制1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机;介绍1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机的整机结构、工作原理及主要工作部件的设计。     

基于二次通用旋转回归试验的振动深松铲参数优化

为确定受迫振动深松铲的关键参数,以前进速度、振动频率、振动角作为试验因素,以牵引阻力作为相应指标,首先采用单因素试验设计进行室内土槽试验,确定在牵引阻力最小的情况下,振动频率为8.3~9.2 Hz,振动角度约为0°,前进速度为3 km/h;然后采用二次通用旋转回归试验设计对试验参数进行优化,通过DPSv7.05软件对试验数据进行处理,建立相应指标与影响因素之间的回归数学模型。通过响应面分析,得到前进速度、振动频率与牵引阻力的关系图、等高线图。得出前进速度、振动频率、振动角对牵引阻力的最优参数组合:振动频率为8.35 Hz、前进速度为3 km/h、振动角为0°,为振动深松机的优化设计提供了参考。     

深松铲耕作阻力的离散元法仿真分析与田间试验

目深松铲的设计制造是一个复杂的过程,本研究基于离散元法对深松铲与土壤的相互作用过程进行了研究。基于传统离散元理论,考虑到土壤颗粒间液桥力作用,建立了土壤颗粒以及深松铲模型。将深松铲在耕速为1 m/s,耕深为180 mm,220 mm和260 mm的条件下进行了离散元法仿真,并获取了耕作阻力曲线。仿真得到的耕作阻力与田间试验结果能较好的吻合,在三个耕作深度下的相对误差分别为2.96%,14.95%以及7.15%。结果证明离散元法能较好的分析深松铲的工作过程,并且对今后进一步优化深松铲的结构有重要意义。     

SPSS的深松铲结构运动参数最优化设计

深松铲是深松机的主要工作部件[1],其结构和运动参数对深松机的工作性能及对土壤的作用的效果有着非常重要的影响。文章研制了6种抛物线形刃口形状的深松铲的结构,并利用SPSS统计学软件和方差分析法,测试分析了耕作速度、耕作深度及深松铲结构参数的变化对耕作阻力的影响,优化出了抛物线形深松铲的最佳形状,为研究和设计深松铲提供了...     

深松作业效果试验及评价方法研究

【目的】分析单、双铲深松作业效果及评价方法,为提高耕作质量和减少能源消耗的深松作业提供决策依据。【方法】以箭形深松铲为对象,在模拟大田土壤环境的基础上,利用室内土槽研究了单、双铲深松作业效果及评价方法,提出了土壤硬度变化系数、土壤体积膨松系数、单位松土带宽度耕作阻力系数和土壤相互扰动系数等4个评价指标。【结果】(1)单、双铲深松作业后的平均土垄高度差分别为7.342cm和6.492cm,双铲比单铲的平均土垄高度差减少11.58%,说明双铲深松后的地表平整性优于单铲,且深松铲间距是影响土壤体积膨松程度的主要因素,其对深松后土壤形成的垄形与坑形有重要影响;(2)在土壤扰动区域内,当深松深度为3~17cm时,双铲作业的土壤硬度变化程度较单铲显著,当深度为17~30cm时,单铲作业的土壤硬度变化程度大于双铲;(3)深松单位松土带宽度时,双铲的平均耕作阻力为单铲的0.668倍,较单铲减少69.31N,双铲的能耗较单铲减少33.2%;(4)双铲的土壤相互扰动系数为1.170,深松铲布局方式对土壤扰动有重要影响。【结论】本研究结果有利于深入理解单、双铲的深松作业效果,促进符合节能减阻要求的深松机具的研发及田间作业机器系统的优化选用。     

北方旱地用行间振动深松机的设计与试验

深松作业在不大范围翻动土壤的前提下能有效改善土壤的多项理化性质,是实现耕作可持续发展的重要措施.针对一般深松机具结构不合理、作业时牵引阻力大的问题,设计了一种基于振动减阻原理的深松机,确定了深松铲、曲柄连杆机构、切茬圆盘刀、限深轮和机架等部件的主要结构参数.田间试验表明,该机设计合理,田间通过性强,在对北方玉米旱地进行30 cm耕深的深松时,相比无振动深松机具,机具的牵引阻力下降约21.24％,减阻效果明显.     

科技文摘

20210301带翼深松铲深松土壤扰动行为仿真与试验//DOI:10.25165/j.ijabe.20211401.5447揭示带翼深松铲深松土壤扰动行为有助于深入理解带翼深松铲与土壤的相互作用规律,进而为带翼深松铲的设计和优化提供基础。该研究综合利用离散元法和室内土槽试验,研究了带翼深松铲对土壤宏观和微观扰动过程的影响。结果表明:翼铲主要对其上方土壤的扰动范围和破碎程度产生影响;带翼深松铲的铲尖段、犁底层圆弧段、耕作层圆弧段、直柄段受到的牵引阻力分别占69.53%、25.22%、4.73%、0.52%;带翼深松铲对不同深度土壤的侧向扰动范围和破碎程度的影响由大到小依次为:耕作层、圆弧段犁底层、铲尖段犁底层;增加翼铲使圆弧段犁底层、耕作层、铲尖段犁底层土壤扰动面积分别增加47.52%、7.74%和4.59%,同时使总牵引阻力增加36%。与不带翼深松铲相比,带翼深松铲耕作后的土壤蓬松度、土壤扰动系数、地表沟槽宽度和犁耕比均不同程度的增加。离散元仿真与土槽试验结果基本一致,表明离散元仿真能够较为准确地模拟带翼深松铲的耕作过程。     

4S-80马铃薯振动挖掘机牵引阻力的测试分析

振动挖掘铲可大幅降低其入土阻力,4S-80马铃薯挖掘机采用铲筛一体的振动式结构。为了探知振动铲筛的实际降阻效果,设计了动态测试装置,并进行了几种不同作业状况下的牵引阻力测试。结果表明,铲筛振动状态下可显著降低挖掘作业时的机具牵引阻力和拖拉机牵引功率;低速作业时作业速度变化对振动挖掘铲作业的牵引阻力影响不大;机具挖掘深度增加时,拖拉机牵引阻力和牵引功率会明显增大。