基于经典力学的油菜直播机旋耕功耗分析与仿真

由湖南农业大学自主研发的2BYD–6型油菜直播机,采用T245型国标旋耕刀,左右弯刀各20把,以阿基米德螺线排布,旋转半径为0.287 5 m。基于经典力学,提出旋耕作业过程中切割土壤体积的计算方法以及其受力平衡方程,计算刀片在作业过程中的切土扭矩和抛土扭矩,建立了旋耕功耗的计算模型,分析了旋耕功耗与直播机运动参数的关系。旋耕功耗模型计算结果表明,旋耕刀作业过程中,水平方向受力随着刀轴转速和直播机前进速度的增大而增加,垂直方向受力变化较小,直播机前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s时,旋耕功耗与刀轴转速呈线性关系,拟合方程分别为y=–4.481+0.101 6x、y=–4.947+0.109 0x、y=–4.466+0.113 0x。采用EDEM仿真模拟计算油菜直播机旋耕功耗,在前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s,刀轴转速为100～160 r/min条件下,与功耗模型计算结果的误差为2.51%～6.69%。     

双螺旋旋耕埋草模型刀辊工作扭矩试验

为研究双螺旋旋耕埋草刀辊对水田土壤耕整时的工作性能,以相似原理为理论依据,基于LabVIEW搭建扭矩测试平台,制作与原型大小比例为1∶2的模型刀辊,以工作扭矩为评价指标,以土壤含水率、前进速度、刀辊转速和耕深为试验因素,在室内土槽条件下对该模型刀辊的工作扭矩进行研究。单因素试验结果表明:在试验范围内,模型刀辊的工作扭矩随前进速度的增加而增大,随刀辊转速的增加而减小。选取L18(37)正交表,开展上述4因素对模型刀辊工作扭矩影响的正交试验,极差结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度及刀辊转速对模型刀辊的工作扭矩的影响程度依次降低,方差分析结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度对工作扭矩有极显著的影响,刀辊转速对工作扭矩影响不显著。     

微耕机土壤耕作部件田间测试平台的研制

针对室内土槽试验难以真实模拟田间试验的工作状况,在SR1Z–135型多功能微耕机的基础上,研制了微耕机土壤耕作部件田间测试平台。该平台由传动系统、测试系统、试验系统和行走系统组成,可在田间实际工况下对旋耕刀、深耕刀、防缠刀和起垄器进行性能测试,并实时显示和处理这些待测部件的转速、转矩及功率信息。田间验证试验结果表明:微耕机旋耕刀组平均转速为47 r/min时,平均转矩为226 N·m,平均功率为1.114 kW;微耕机旋耕刀组平均转速为100 r/min时,平均转矩为238 N·m,平均功率为2.568 kW,与室内土槽试验获得的旋耕刀组的基础数据基本一致。测试平台运转顺畅,行驶平稳,耕深稳定。     

基于离散元与多体动力学的微耕机旋耕刀轴负荷分析

旋耕部件是微耕机的核心部件,其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象,基于离散元和多体动力学理论,设定前进速度为0.2 m·s^-1,转速为110 r·min^-1,耕深为150和200 mm,采用非线性粘弹性塑性接触模型,在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析;同时,依托已有的土槽试验平台,测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似,但数值并不一致,整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积;耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致,模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用,优化微耕机作业性能提供参考。     

基于离散元与多体动力学的微耕机旋耕刀轴负荷分析

旋耕部件是微耕机的核心部件，其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象，基于离散元和多体动力学理论，设定前进速度为0.2 m·s^-1，转速为110 r·min^-1，耕深为150和200 mm，采用非线性粘弹性塑性接触模型，在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析；同时，依托已有的土槽试验平台，测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似，但数值并不一致，整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积；耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致，模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用，优化微耕机作业性能提供参考。     

水田除草关键部件扭矩测试试验研究

苗间除草装置是水田除草机的核心部件,其工作时的功率消耗为该机具总功消耗的主要部分.利用自制扭矩传感器测取除草机工作过程中除草刀轴上产生的扭矩.选取影响除草机功率消耗的刀盘转速、机具前进速度、除草作业深度三因素为试验因子,采用二次正交旋转设计方法进行试验研究.运用minitab15.1软件处理扭矩测试结果,根据田间试验分析,得出苗间除草刀在最佳工作状况下产生的扭矩值,该数值可为机具关键部件可靠性分析和寿命估算等提供重要的理论参考     

基于MATLAB的旋耕机运动仿真分析

【目的】对旋耕机的运动过程进行仿真分析,获得与系统匹配的旋耕机运动参数。【方法】利用MATLAB分析了旋耕机切土节距、功率消耗与机组前进速度、刀轴转速、耕幅等的关系,并分析旋耕刀的运动轨迹及端点速度。【结果】根据旋耕机对切土节距以及功率消耗的要求,设计旋耕机的较优运行组合参数为:前进速度vm=0.72m/s,刀轴转速n=240r/min,耕幅B=0.8m。根据设定的参数,由旋耕刀端点的运动轨迹可知其耕深为0.2m,沟底凸起高度为0.02m。在设计参数下,旋耕刀端点速度的大小和方向呈周期性变化,证明运动参数的选取是合理的。【结论】在旋耕机的运动分析过程中使用MATLAB技术,易于得到与系统匹配的运动参数。     

基于ADAMS旋耕刀工作参数优化及ANSYS仿真分析

为达到旋耕刀最佳工作状态,并对该状态下旋耕刀进行设计及校核验证,以复式作业机械为平台,对旋耕刀尺寸参数进行设计,确定旋耕刀外形尺寸参数为弯刀R240。采用UG三维软件结合设计尺寸参数建立旋耕刀三维模型,将模型导入ADAMS仿真软件进行运动学分析,得到旋耕刀最佳转速为ω=5 r/s,机组最佳前进速度为V=1.537 8 m/s。根据旋耕刀工作参数计算出旋耕刀工作载荷F=448.56 N,采用ANSYS软件在工作载荷的作用下分析校核旋耕刀。结果表明,刀尖变形量最大,为0.249 mm,刀柄所受的应力最大,为48.65 MPa,远小于许用应力300 MPa,满足工作要求。本研究为复式作业机械的旋耕部件改进设计提供了参考依据。     

旋耕式秸秆深埋还田开沟机设计与试验

针对铧式犁在秸秆深埋还田作业过程中作业效果不理想的缺点,研制了一种能够应用于大田秸秆深埋还田的旋耕式开沟机。首先,利用SOLIDWORKS三维软件进行了总体结构及关键部件设计,研制了1KG-70型秸秆深埋还田开沟机,并对关键部件进行了动力学分析,建立了动力学数学模型;其次,利用ADAMS仿真软件对关键部件进行了仿真分析,表明开沟刀片采用对称布置有利于开沟刀轴工作平稳;最后,以旋耕式秸秆深埋还田开沟机前进速度、旋耕转速、导土板角度为试验因素,抛土距离为试验指标,采用正交试验方法进行了田间试验,通过方差分析研究了不同因素对试验指标的影响,优化了旋耕式秸秆深埋还田开沟机结构参数。分析结果表明:前进速度和导土板角度对抛土距离影响极显著,旋耕转速对抛土距离影响较显著。田间试验结果表明:前进速度为1m·s-1、旋耕转速为300r·min-1、导土板角度为60°时,平均抛土距离为85cm,碎土率为96.7%,说明该旋耕式秸秆深埋还田机具有很好的碎土效果并能满足抛土要求。     

正、反转旋耕刀性能分析及切土扭矩比较试验

通过建立适当的坐标系，把，正，反转旋耕刀的运动统一起来，用同一个方程表示，二只是在不同的切土范围内工作，用这种方法对正，反转旋耕刀的不同特性进行了分析比较，可知在同样结构参数和运动参数条件下，反转旋耕刀能以较低的转速获得较高的切削速度，对I S225，ⅡS225和T140三种正，反转旋耕刀进行了单刀切土扭矩对比试验，结果表明，在旋耕速度比值较大，切土角变化的影响较小时，反转旋耕刀的切土扭矩小于正转旋耕刀，但切土角对旋耕刀切土扭矩的影响很大，不适合的切土角会使旋耕刀切土扭矩大大增加。     

深松旋耕联合作业机的使用与维护

一、机具的田间使用 1.机具工作之前,检查旋耕刀的刀刃方向以避免装反,旋耕刀销轴和万向节锁销是否牢靠,确认无误后方可正常使用. 2.发动拖拉机时,应确保机具离合器操作手柄处于分离位置. 3.要保证机具提起并处于悬空状态时才可以接合动力,当旋耕刀达到额定转速后,将深松旋耕机缓慢降下,使旋耕刀入土开始作业.需要注意的要点有:(1)禁止旋耕刀先入土后起步,防止对旋耕刀及相关部件造成损坏;(2)禁止下降机具速度过快;(3)禁止在旋耕刀入土后倒退和转弯.     

基于EDEM的圆盘弹齿组合式水田平地机圆盘转辊仿真与试验

[目的]水稻秸秆全量还田是一种新的农艺技术措施,传统的翻耕与旋耕机械因出现严重的秸秆缠绕,导致工作阻力剧增,作业质量变差甚至无法正常作业,因此对水田耕整地作业机械提出了新的要求.[方法]针对水稻秸秆全量还田新农艺技术特点,以机具作业速度、圆盘转辊转速、作业深度为试验因素,以工作阻力和工作部件缠草率为试验指标进行试验研究,通过EDEM离散元软件对工作阻力进行模拟仿真,并利用田间动态遥测仪进行田间试验.[结果]各因素对机具前进阻力影响显著性由大到小分别为机具作业速度、圆盘转辊作业深度、转辊转速.[结论]最优作业条件为机具作业速度2 km/h,圆盘转辊作业深度22 cm,转辊转速300 r/min,田间试验前进阻力结果与仿真试验结果的相对误差率为29.69％.     

基于EDEM的圆盘弹齿组合式水田平地机圆盘转辊仿真与试验

[目的]水稻秸秆全量还田是一种新的农艺技术措施,传统的翻耕与旋耕机械因出现严重的秸秆缠绕,导致工作阻力剧增,作业质量变差甚至无法正常作业,因此对水田耕整地作业机械提出了新的要求.[方法]针对水稻秸秆全量还田新农艺技术特点,以机具作业速度、圆盘转辊转速、作业深度为试验因素,以工作阻力和工作部件缠草率为试验指标进行试验研究,通过EDEM离散元软件对工作阻力进行模拟仿真,并利用田间动态遥测仪进行田间试验.[结果]各因素对机具前进阻力影响显著性由大到小分别为机具作业速度、圆盘转辊作业深度、转辊转速.[结论]最优作业条件为机具作业速度2 km/h,圆盘转辊作业深度22 cm,转辊转速300 r/min,田间试验前进阻力结果与仿真试验结果的相对误差率为29.69％.     

小型履带自走式电动多功能作业平台的设计及试验

针对传统小型拖拉机(功率低于10 kW)采用内燃机轮式驱动,排放污染大、环境适应性较差、作业功能单一等问题,研制了一款履带自走式电动多功能作业平台,通过搭载旋耕和起垄机具完成田间作业。平台主要由电机、电池箱、变速箱、履带底盘、座椅、悬挂机构、操纵机构、PTO输出等组成;电动机输出轴将动力传递到变速箱输入轴,调节变速箱档位,改变平台前进速度,作业过程电机保持恒速运转,使PTO(动力输出装置)转速恒定,保证平台平稳作业。主要对传动系统、动力参数、履带行走机构进行了设计。确定电机型号XQ–7.5–6,额定功率7.5 kW,功率储备系数20%;传动系统包含3个前进档和1个倒退档;履带宽度230 mm,节距72 mm,轨距650 mm。旋耕及起垄试验结果表明:旋耕平均耕宽86.4 cm,平均耕深16.9 cm;起垄平均垄顶宽42.4 cm,平均垄底宽82.7 cm,平均垄高26.8 cm;作业过程中,电机转速在平均转速的7%～10%波动,平台运行平稳,动力输出均匀;选择功率储备系数20%,能够满足小型拖拉机旋耕、起垄作业需求。     

旋耕机故障的诊断与排除

1．旋耕面负荷过大 原因：耕深过度,土壤黏重、过硬。排除：减少耕深,降低机组前进的速度和犁刀的转速。     

旋耕机故障的诊断与排除

1．旋耕面负荷过大 原因：耕深过度,土壤黏重、过硬。排除：减少耕深,降低机组前进的速度和犁刀的转速。     

旋耕机故障的诊断与排除

1.旋耕面负荷过大 原因：耕深过度,土壤黏重、过硬。排除：可减少耕深,降低机组前进的速度和犁刀的转速。 2.旋耕机工作时跳动原因：土壤坚硬或刀片安装不正确。排除：降低机组前进速度和犁刀转速,并正确安装刀片。     

基于Pro/E的水田秸秆还田耕整机的设计与运动仿真

运用Pro/E软件设计了一种双螺旋刀辊组合的水田秸秆还田耕整机,能够一次性实现水田秸秆的翻埋还田、旋耕碎土、平地等多项功能.应用Pro/E软件中的机构模块对螺旋刀辊进行了运动学仿真,得到了刀辊转速一定时机组在不同前进速度下的4种不同运动轨迹,通过对运动轨迹的分析可优化机组工作的前进速度.     

旋耕机三点悬挂机具调平机构的研制与试验

为了使拖拉机旋耕机具在田间作业时保持平稳并实现耕深一致性,为1GDZ–150型履带式旋耕机三点悬挂装置研制了调平机构。该机构由杠杆机械部分、液压系统和倾角信号采集装置组成。机具作业时,倾角传感器实时检测其倾角,采用复合数字滤波算法组合对倾角数据进行滤波处理,同步液压缸通过杠杆机构以中心不动调平法调节机具的倾角以实现调平。试验结果表明,该调平机构作业时,耕深均值为11.34 cm,旋耕机具的耕深稳定性变异系数为3.7%,能够较好地完成调平作业。     

油菜免耕直播联合播种机抛土性能研究

建立了油菜免耕直播联合播种机开沟器旋耕刀片运动学模型,研究了土粒在开沟刀片上运动的动力学特性,采用Matlab软件对旋耕开沟机优化仿真试验和田间抛土试验进行验证,弯折半径为0.21～0.23 m、刀盘转速为245 r/min、土粒质点在0.04 s离开正切面时的相对速度为4.5～6 m/s,这一范围内具有最佳的抛土性能,最大抛土距离为0.968～1.024 m。