基于光滑粒子流体动力学的旋耕切土数值模拟

为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀–土壤进行建模,运用ANSYS/LS–DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12 m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84 N?m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42 N?m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。     

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。     

智能土槽测试系统的研制

智能土槽测试系统的研制对实现田间工况模拟具有非常重要的意义,为我国耕种机械高端技术的研究、产品部件和整机性能试验研究提供先进的试验平台和检测手段。本文介绍了土槽试验台整机结构、工作原理、液压系统和重要工作部件的设计,通过测验表明研制的土槽试验设备不仅可以进行土壤工作部件的性能试验研究(如犁、耙、开沟、旋耕、起垄、深松等常规机具),也可以为其他需要进行田间试验的试验装置提供平台,进行搭载试验。     

带状旋耕式小麦免耕播种机耕作刀具的优化

目的 对带状旋耕式小麦免耕播种机的耕作部件进行优化设计,提高其作业质量。方法 采用C型弯刀、直刀、深耕刀以及一种优化设计后的刀具组合形式(直刀与深耕刀组合),在田间地表秸秆集中处理条件下进行刀轴转速为180、280、380和510 r/min的田间原位耕作试验。结果 C型弯刀能够创造连续完好的种沟,但耕作过程中大部分土壤破碎体被抛洒至种沟外,回填效果最差。深耕刀具有良好的耕作碎土性能,创造的种床连续、完整但边界不规则,在耕作过程中不能有效地控制土壤扰动范围。直刀可控制种沟边界,但刀轴转速为180和510 r/min时不能耕作出连续的种沟,刀轴转速为280和380 r/min时耕作形成的土壤破碎体过大(平均质量直径>40 mm)。组合刀得益于直刀与深耕刀的有机结合,使其在形成的种沟形状、土壤破碎体回填效果、破碎程度和能耗方面均具有突出优势。结论 在田间地表秸秆集中处理条件下,推荐使用组合刀作为黏性水稻土的带状旋耕式小麦免耕播种机的耕作机具。     

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。     

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。     

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。     

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。     

玉米秸秆全量还田条件下灭茬机械筛选与技术研究

通过对黑龙江省常用的5种灭茬机械的效果试验,分析了不同灭茬机械对灭茬效果的影响。结果表明,选用灭茬机时,灭茬深度在8 cm,旋耕深度在12~15 cm,秸秆切碎长度在3~5 cm,灭茬刀轴转速选定为1 500~1 800 r/min左右,旋耕刀轴转速选定为1 000 r/min的机器才能达到整地要求。     

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。     

基于离散元法的旋埋刀辊功率分配特性研究

旋埋刀辊作业功率是研究旋埋机理、优化刀辊结构的重要指标，研究旋埋刀辊各部件间功率分配特性可分析旋埋刀辊作业功率组成。通过土槽试验对离散元法仿真的土壤颗粒模型输入参数进行标定，对比不同接触模型在旋埋刀辊作业过程仿真中效果，并对不同工作条件下旋埋刀辊的功率分配特性进行单因素试验。结果表明：Hertz- Mindlin接触模型和Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中对刀辊扭矩较为敏感的输入参数为土壤-土壤滚动摩擦系数和粘结刚度，验证试验显示上述输入参数标定的平均误差小于6.5%；对比两种接触模型的仿真效果，Hertz-Mindlin with Bonding接触模型因引入额外粘结力，与实测值平均误差仅为0.7%，更适合对黏土进行仿真；旋埋刀辊作业功率超过一半来自螺旋横刀，不同工作条件下螺旋横刀功率均占刀辊总功率60%左右，且受前进速度、刀辊转速和耕深影响更大；由旋埋刀辊功率分配特性可知，螺旋横刀对刀辊总功率影响较大，应作为旋埋刀辊减阻降耗研究的重点。     

电动拖拉机双电机驱动单元控制系统设计与实验

针对电动拖拉机双电机驱动系统的模式管理需求,设计了一种双电机驱动单元的控制系统及其控制器DMU(Drive Manage Unit).基于ISO 11783协议制定了整车控制网路结构,并以此确定了DMU子CAN总线各节点,设计各节点传输报文ID和PGN.在驱动单元中,通过控制驱动箱齿轮啮合状态和电磁离合器通断电来实现双电机动力分离和耦合,完成工作模式配置. DMU采用MC9S12XEP100为核心,完成硬件电路设计和软件编程.搭建双电机驱动系统实验平台,进行了犁耕作业、旋耕作业和子CAN总线数据分析实验.实验结果表明,驱动管理单元可以实现控制电机1和电机2的转速转矩模式,电机1在46.5 N·m恒转矩模式下,随转速变化的最大偏差为0.7 N·m,符合犁耕作业要求;电机2收到540 r/min指令后,随负载变化输出转速范围在540±62 r/min,满足PTO在恒转速下工作;总线上传输信息正确.     

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。     

液压驱动式圆盘耙设计与仿真试验

【目的】针对长江中下游地区土壤黏重板结、秸秆量大和土壤含水率波动大的作业情况,设计一种液压驱动式圆盘耙。【方法】分析确定圆盘耙结构和作业参数及液压驱动系统的设计,依据机组前进速度确定圆盘耙组转速;分析得出缺口圆盘耙片的运动轨迹及满足功能要求的耙片临界偏角;基于ANSYS/LS-DYNA对圆盘耙片切削土壤过程进行有限元仿真分析。【结果】圆盘耙组转速为60~168 r·min~(-1),耙片临界偏角为23°。仿真结果表明:圆盘耙片刃口切削土壤其耕作阻力呈周期性变化,随切削土壤深度的增加耕作阻力逐渐变大,后趋于稳定;对比被动圆盘耙片与液压驱动圆盘耙片作业效果,液压驱动圆盘耙片抛翻土量大,耕深稳定。田间试验表明:液压驱动式圆盘耙耕深为85~120 mm,耕深稳定性变异系数为9.6%。【结论】液压驱动圆盘耙组作业效果达到设计要求。     

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.