花生挖掘铲动力学分析与试验

对花生挖掘铲与土壤进行动力学分析,建立了挖掘铲工作阻力数学模型,确定了挖掘铲的工作参数、土壤类型、土壤物理机械性质等因素与工作阻力之间的函数关系.分析了挖掘铲的铲面倾角、工作速度、挖掘深度、铲面宽度等因素对挖掘铲工作阻力的影响,以寻求最佳的工作参数.进行了挖掘铲工作阻力测试和花生收获试验,试验结果验证了挖掘铲阻力模型和工作参数的确定是合理的.     

马铃薯挖掘机挖掘铲力学模型构建

为了研究马铃薯挖掘机工作阻力大小的影响因素,以挖掘铲为研究对象,分别进行了挖掘铲的受力分析、土壤的受力分析,以及相关辅助参数的求解。同时,构建了挖掘铲工作过程的力学模型,推导出了工作阻力的数学表达式,归纳总结了影响工作阻力大小的相关参数,为后续运用计算机软件进一步对挖掘铲进行力学分析提供了基础依据。     

梯形对称收获铲阻力特性数学模型的建立与分析

以根茎类收获机配备的梯形对称双铲为研究对象,结合机械动力学、土壤粘弹塑性力学等理论建立了收获机工作状态下挖掘阻力数学模型,获得了土壤特性参数、挖掘铲结构参数以及机器工作参数与工作阻力之间的函数关系。基于所推导的数学模型,仿真分析了挖掘铲入土角、滑切角、挖掘深度、铲面面积以及机器前进速度对工作阻力的影响。仿真结果表明,入土角和前进速度的增大会导致工作阻力非线性增大,挖掘深度和铲面面积的增大会导致工作阻力线性增加。结合阻力仿真曲线,并考虑实际工作要求和工作效率,适宜的入土角为20°~30°,滑切角设置为40°~50°,前进速度在1~2 m/s。     

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。     

马铃薯收获机挖掘铲工作阻力影响因素分析与研究

针对土壤容积密度、铲面宽度、挖掘深度、铲面倾角和机具工作速度5个影响马铃薯收获机牵引阻力的因素,分别采用正交计算法和基于Mat Lab的单因素分析法进行研究,得出了5个因素与工作阻力均为正向关系的结论。其中,土壤容积密度和铲面宽度与挖掘铲工作阻力成近似的线性关系,其余3个因素成非线性关系。铲面宽度、挖掘深度、铲面倾角、土壤容积密度和机具工作速度对挖掘铲工作阻力的影响程度依次降低。研究结果为如何减小马铃薯收获机挖掘阻力提供了参考依据。     

基于离散元法的胡萝卜挖掘铲优化设计

针对胡萝卜联合收获机工作过程中松土挖掘阻力大、胡萝卜漏拔率高等问题，对收获状态下三角翼形挖掘铲进行受力分析和计算，确定了铲面宽度和铲刃角的取值范围。根据胡萝卜种植模式，建立了挖掘铲-胡萝卜-土壤离散元仿真模型，以挖掘铲面长度、宽度及铲刃倾角为试验因素，以挖掘阻力、土壤破碎率为试验指标开展了胡萝卜挖掘仿真试验，仿真时间历程显示了土壤与胡萝卜随挖掘铲运动的变化过程。利用仿真试验数据拟合建立不同试验因素影响下挖掘铲阻力与土壤破碎率的二次多元回归方程，通过Design-Expert 10.0.7对数学模型进行分析求解，得出了最优参数组合为：铲面长度260mm,铲面宽度370mm,铲刃倾角57°。通过与凿型铲进行对比试验，结果表明：工作阻力降低了9.4%,土壤破碎率提高了2.8%,优化设计的三角翼形挖掘铲在工作阻力和土壤破碎率方面具有良好的松土性能，满足胡萝卜收获要求。研究可为胡萝卜挖掘装置试验研究和设计提供理论参考。     

花生分段收获挖掘铲力学模型及试验分析

为优化花生收获挖掘铲的结构参数,对花生收获挖掘铲进行受力分析,并建立工作状态的力学模型,研究各个参数的变化对受力状况的影响,找出对工作阻力具有影响的参数和薄弱部位。通过田间试验,对力学模型进行验证,结果表明:影响工作阻力的参数有犁面与地面的夹角、犁面的开度角、前失效角的倾角及土壤重力,犁柱截面C为薄弱部位,力学模型与收获挖掘铲的受力状况基本相符。     

马铃薯收获机挖掘铲牵引阻力分析与测试

针对马铃薯收获机工作过程中牵引阻力和功率消耗大的问题,以挖掘铲为研究对象,对正切时的牵引力模型进行了修正,建立了同时适用于正切和滑切的牵引力模型。基于MatLab的单因素分析得出滑切角、铲面倾角和机具工作速度与挖掘铲牵引力成非线性关系;挖掘铲牵引力与滑切角为负相关,与铲面倾角和机具工作速度为正相关。在收获条件允许的范围内,增大滑切角、减小铲面倾角和机具工作速度,能有效降低挖掘铲牵引力。通过田间试验验证了MatLab分析结论,表明所建立的挖掘铲牵引力模型是合理可行的,为分析研究马铃薯收获机挖掘阻力提供了参考依据。     

根茎类中药材收获机挖掘装置设计与仿真试验

针对根茎类中药材收获机采用固定式挖掘铲收获时,存在挖掘深度不足,入土阻力大,功率损耗严重,碎土效果差,铲尖磨损较大等问题,采用理论计算与数值仿真的方法,对振动式挖掘装置的挖掘铲参数、运动机构、铲面运动特性和工作效果进行研究。结果表明:该装置采用锯齿形平面三角铲,铲刃张角≤94°、入土角为20°～30°、工作深度≥500 mm,铲面长度为772 mm,运动机构类型为四连杆机构,工作时做平面运动,其水平方向运动类似于余弦函数曲线,垂直方向为正弦函数曲线,速度与加速度变化类似。挖掘铲在水平方向和垂直方向的运动曲线平滑顺畅,运动类型与理论推导值吻合,为简谐运动,运动过程无干涉现象,速度与加速度变化均符合运动规律。当挖掘装置的前进速度为2.4 m/s,入土角为25°,转速为280 r/min时,该装置的挖掘阻力最小。采用振动式挖掘装置对中药材进行收获时,可有效减小挖掘阻力,具有良好的碎土分离效果,整体运行平稳,工作可靠,各项性能均满足行业标准要求。     

马铃薯收获过程中土壤与挖掘铲相互作用的有限元分析

针对传统马铃薯挖掘铲试验研究花费大、周期长的问题,采用三维弹塑性有限元分析方法,分别计算出挖掘铲铲面倾角为5°,10°,15°,20°时土壤的变形和应力;依据作用力与反作用力相等的原理,得出挖掘铲在采用不同铲面倾角时所受的土壤阻力.通过计算结果对比,得出牵引阻力和铲面倾角之间的数学模型,为今后挖掘铲的设计、阻力降低和效率提高提供理论依据.     

三七收获机组合式挖掘铲减阻效果研究——基于EDEM

针对三七的特殊农艺及三七机械化收获阻力大的特点,设计了一种由二阶平面铲和土壤破碎铲组合的三七收获机组合式挖掘铲。采用EDEM离散元仿真软件对两种铲关键部件进行了工作阻力的比较,仿真结果表明:工作速度分别为0.5、0.7、0.9m/s时,挖掘深度分别为100、150、200mm条件下,组合式挖掘铲的水平与垂直阻力皆小于传统挖掘铲,表面组合式挖掘铲在降低工作阻力有着更好的性能。该研究旨在为三七及其他块茎类作物挖掘铲的设计提供技术参考。     

马铃薯仿生挖掘铲片及其减阻特性研究

设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,研究其在土壤运动过程中的减阻性能。运用仿生手段对蝼蛄前爪第一趾进行仿生信息的提取,设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,利用EDEM对挖掘铲片进行挖掘土壤过程仿真。在EDEM仿真过程中,根据铲片对土壤的扰动情况分析可知:仿生挖掘铲片对土壤应力较分散,铲面具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力为118.212N;普通挖掘铲片对土壤应力较集中,铲面不具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力值为159.508N;仿生挖掘铲片较普通挖掘铲片所受平均阻力减小近35%,仿生挖掘铲更具优良的挖掘性能。     

基于CATIA的马铃薯挖掘铲参数化建模

论述了马铃薯挖掘机关键部件挖掘铲的设计方法,并基于土壤与铲体作用力学分析建立了挖掘铲牵引阻力数学模型,最终确定了挖掘铲设计参数。同时,详细地阐述了基于CATIA的挖掘铲三维参数化建模的基本方法。     

木薯收获机挖掘铲的受力分析与优化

挖掘铲的受力情况直接影响挖掘机的工作效果及寿命,挖掘铲面角度是影响挖掘铲受力的主要因素。为此,对木薯收获机挖掘铲在达到挖掘深度进行挖掘木薯的过程进行受力分析,并利用ANSYS软件对铲面角度进行优化,得出在一定的挖掘深度下受力最小的大铲面和小铲面的最佳角度,为挖掘铲的结构优化设计提供理论依据。     

基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

深根茎中药材双重振动挖掘机构的研究

为了更有效地减少深根茎中药材挖掘的挖掘阻力,借助Pro/E软件,建立了深根茎中药材双重振动挖掘机构零部件的数字化实体模型,并对深根茎中药材挖掘机构的关键部件—挖掘铲和犁刀的工作状态进行了动态仿真,分析了铲尖和刀尖的运动参数曲线;最后,进行了挖掘机构的田间试验研究。结果表明,铲尖和刀尖的运动符合设计要求;采用双重振动原理实现的挖掘机构可有效地减小挖掘阻力。     

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。     

太子参收获机挖掘机构设计及分析

为减小福建地区山地环境下太子参收获机的挖掘阻力,设计一种具有振动功能的太子参挖掘机构。通过太子参的种植环境以及挖掘铲的受力分析,设计挖掘深度h、入土角β、挖掘铲刃口倾角θ、铲体长度L及其宽度b等主要技术参数。根据偏心机构与四杆机构运动学原理分析挖掘铲的运动特征,利用ADAMS软件对其进行运动学仿真。根据挖掘铲理论负载计算所得的法向力,进一步利用ANSYS有限元软件对挖掘机构的挖掘铲进行静力学分析。通过实地测试并监测不同工况下的挖掘阻力,验证振动挖掘机构的功能性与理论分析结果。结果表明：挖掘机构可以实现以正弦波为周期的往复振动。对挖掘铲面施加563.85 N的法向力,挖掘铲最大应力为141.87 MPa,小于45号钢的355 MPa,满足受力要求。实地测试结果表明：不同工况下振动挖掘阻力在1 320 N和1 583 N之间变化,小于无振动时的挖掘阻力1 604 N,说明太子参振动挖掘具有减小挖掘阻力的作用。平均挖掘阻力为1 458 N,与理论计算数据1 505.181 N接近,进一步验证理论计算的合理性。     

小型振铲式马铃薯挖掘机的设计与减阻性能研究

针对丘陵山区马铃薯收获过程中大型机械不适用、小型拖拉机功率不足的问题,设计了振铲式马铃薯收获机,目的是减小挖掘阻力,提高薯土分离效率。为了研究振动参数对挖掘阻力以及土壤破碎量的影响,基于离散元法(DEM),利用Hertz Mindlin无滑动接触模型和粘结接触模型建立了土壤模型,对振动挖掘过程进行了模拟,并通过模拟试验得到了挖掘过程中挖掘铲受到的阻力。     

木薯收获机二阶曲面铲的有限元静力学分析

针对木薯收获机中的新型挖掘铲,引入了虚拟倾角,建立二阶曲面铲的阻力模型;利用ANSYS软件对不同倾角组合下的铲面进行了有限元静力学分析,获得了二阶曲面铲应力和变形的分布云图,并进行了强度校核;最后,分析了倾角变化对应力和应变的影响,为二阶曲面铲的设计提供理论参考。