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。     

楔形自润滑深松铲的结构设计与减阻试验

深松是实施保护性耕作的基础,在实行保护性耕作的初期更是必不可少的作业环节,能够打破犁底层、降低土壤容重、改善耕层结构。实现深松的主要工具是深松铲,其品质决定了深松效果。针对深松铲在工作过程中耕作阻力较大的问题,设计出一种楔形自润滑深松铲,借助SolidWorks软件进行结构设计及仿真分析,并在实验室进行减阻试验。试验结果表明:在相同试验条件下,楔形自润滑深松铲与传统深松铲对比,耕作阻力降低14.60%~21.17%,减阻率的平均值为18.28%,减阻效果明显。     

保护性耕作拟合曲线型深松铲设计与试验

针对东北地区深松整地作业中,深松铲土壤扰动量和耕作阻力大的问题,以离散元(EDEM)软件仿真分析铲尖对土壤的作用为依据,设计了拟合曲线型深松铲。采用离散元软件模拟深松铲铲尖在土壤中的运动,获得铲尖上方土壤颗粒运动轨迹的拟合曲线和拟合方程,采用线元设计法对线形优化,获得铲柄外形曲线;同时设计了刃部、切削刃角、入土角,并通过铲柄与铲尖的互作效应试验验证了分层的可行性与合理性。土槽对比试验表明,拟合曲线型深松铲有效降低了土壤扰动量和耕作阻力,比折线式深松铲土壤扰动量减少了53.6%,耕作阻力减少了36.23%;比圆弧式深松铲土壤扰动量减少了66.18%,耕作阻力减少了29.18%。田间对比试验表明,拟合曲线型深松铲比折线式深松铲回土面积增加了81.03%,比圆弧式深松铲的回土面积增加了146.95%。土槽和田间试验表明,拟合曲线型深松铲土壤扰动量小、耕作阻力小,满足深松作业的要求。     

基于狗獾爪趾的仿生深松铲结构设计与试验

针对现有深松铲存在的耕作阻力较大及能耗较高等问题,利用仿生学原理将狗獾爪趾的曲线应用到深松铲的结构设计中,设计了一种铲柄刃口为多项式曲线、铲尖为圆弧形的新型深松铲。为研究其耕作效果,将所设计的深松铲与国标深松铲进行了室内土槽对比试验。试验结果表明:在相同的深松试验条件下,仿生深松铲比国标深松铲的耕作阻力减小了13.33%~21.72%,仿生深松铲减阻效果明显;仿生铲柄与国标铲尖组合比国标深松铲耕作阻力减小了3.01%~7.61%,仿生铲尖与国标铲柄的组合比国标深松铲耕作阻力减小了7.67%~16.9 7%,仿生铲尖的减阻效果显著于仿生铲柄的减阻效果。     

复合形态深松铲耕作阻力有限元分析与试验

以复合形态深松铲为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA分析了深松铲在土壤耕作过程中耕深与前进速度对深松耕作阻力的影响,并以圆弧形深松铲为比较对象,分析了复合形态深松铲的减阻效果。为了验证有限元分析方法的可行性,对复合形态深松铲和圆弧形深松铲进行了室内土槽的耕作阻力验证试验。研究结果表明,通过有限元法模拟出的深松铲耕作阻力与室内土槽试验所测定的结果具有相同的变化趋势,利用有限元法可以分析深松铲的工作性能。在深松铲前进速度为4～5 km/h范围内,相对于圆弧形深松铲,用有限元法模拟复合形态深松铲的耕作阻力在耕深为300、350和400 mm时,平均减阻分别为44.07%、43.71%和33.83%。     

仿生减阻深松铲设计与试验

将小家鼠爪趾高效的土壤挖掘性能应用于深松铲减阻结构设计中,设计了铲柄破土刃口为指数函数曲线型减阻深松铲。为了对比耕作阻力,应用仿生减阻深松铲与传统深松铲进行了田间深松耕作试验。结果表明,耕深和前进速度对耕作阻力均有显著影响,且耕作阻力随着耕深和前进速度的增大而增大。在相同试验条件下,仿生减阻深松铲与传统深松铲相比,耕作阻力降低8.5%~39.5%,减阻效果明显。     

南疆土壤特性下振动深松机深松铲结构及强度的研究

为有效发挥深松作业优势,针对南疆土壤特性通过实验分别测出了15、20、25、30 cm耕作深度下有振动和无振动两种情况下的耕作阻力,利用有限元软件在耕作深度30 cm时对主要工作部件深松铲的变形、应力及应变进行分析,为南疆土壤特性下深松铲的设计提供了一定的支撑数据,同时完成了对深松铲的强度校核,进行了适当改进和加强,保证了深松作业的连续稳定和安全性。     

基于EDEM离散元法的深松铲仿真与试验研究

为验证采用离散元法分析深松铲工作过程的可靠性和有效性,本文应用EDEM离散元分析软件研究深松铲的工作过程和耕作阻力,分析不同工作速度、不同耕作深度、不同入土角度条件下深松铲的工作情况;进行深松铲田间试验,并将仿真结果与试验结果进行分析比较。结果表明,仿真分析结果与试验测试结果的变化趋势基本一致,耕作阻力随着工作速度和耕作深度的增大而增大,随着入土角度的增大而减小;数值结果误差在5%~15%之间。证明采用离散元法分析深松铲在土壤中工作过程的可行性。该研究结果为进一步研究农机触土部件的减阻耐磨和优化设计提供参考。     

仿生深松铲结构设计与有限元分析

深松技术是旱地保护性耕作体系中的重要技术措施之一,高效节能是深松技术的发展方向。深松铲所受阻力是深松耕作的主要阻力来源。通过对金龟子和家鼠的足趾结构的研究,设计了一种新型的深松铲结构。结合四川的土壤条件,采用Drucker-Prager模型,利用有限元分析软件Abaqus对深松工艺数值仿真。在20℃常温和23°切削角的条件下,与JB/T 9788-1999深松铲比较,新型深松铲土壤应力分布和土壤扰动轮廓一致,深松铲所受土壤的反作用力减小,在相同前进速度和耕作深度的情况下,功率消耗降低了20.6%。     

基于狗獾爪趾的仿生深松铲振动减阻研究

为降低深松作业的耕作阻力,对基于狗獾爪趾的仿生深松铲进行了振动减阻性能的研究,将仿生减阻技术与振动减阻技术相结合,研究减阻效果。同时,在耕作速度为0.6、1.0m/s和耕作深度为250、300mm的条件下进行仿生深松铲的振动减阻试验。试验结果表明:振动式深松铲的耕作阻力随着耕作深度和耕作速度的不断增大而增大;在相同的试验条件下,仿生深松铲振动耕作方式的耕作阻力比未带振动耕作方式的耕作阻力减小1 3.0 5%~1 8.9 4%,减阻效果明显。     

弧形深松铲的有限元分析——基于Pro/E5.0与ANSYS Workbench

采用Pro/E 5.0软件建立弧形深松铲的三维模型,并将三维模型导入到ANSYS Workbench中,在Work-bench中对其进行结构强度、刚度校核以及模态分析,得到其在工作载荷下的变形、应力和模态频率,并在结构尺寸上进行优化设计,使其在结构强度上得到了改进。     

玉米秸秆还田交互式分层深松铲设计与离散元仿真

在玉米秸秆还田条件下,为了提高深松作业破茬比率,降低土壤扰动与能耗,以物料(土壤、秸秆和根茬)特性、滑切原理和离散元(EDEM)仿真分析深松铲对土壤的作用为依据,设计了交互式分层深松铲。首先,根据物料特性与滑切原理得到前铲结构参数;然后,以前铲仿真过程中回流土壤最大加速度的位置和方向为依据,设计与回流土壤形成滑切交互作用的后铲交互段铲柄,同时设计后铲上下段铲柄,得到后铲结构参数;最后,结合前铲运动速度与土壤颗粒回流至最大加速度的时间确定前后铲处于滑切交互时的间距。将交互式分层深松铲与前铲仿真过程中所选土壤颗粒最大加速度的方向进行对比,验证了设计思路的合理性。离散元仿真对比试验表明,交互式分层深松铲可有效降低土壤扰动;比普通分层深松铲、圆弧型单铲对根茬的平均作用力分别提高了22.14%、26.98%;比非交互式分层深松铲、普通分层深松铲、圆弧型单铲的平均阻力分别减小了14.25%、26.02%、8.71%。交互式分层深松铲破茬比率高、土壤扰动小、能耗低,满足深松作业的要求。     

行间深松机的深松铲设计及有限元分析

深松耕法是一种新的土壤耕作方法,其有打破犁底层,加深耕作层,改善耕层结构、提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的作用。针对东北地区常年作业土壤耕层较浅、土壤板结的问题,设计了一种行间深松机,并运用Solid Works软件对其深松铲进行三维建模。同时,运用ANSYS Workbench软件对深松铲进行有限元分析,主要包括静力分析、模态分析、等效应力和全位移分析。结果表明:深松铲的应力主要集中在铲柄与机架连接的位置,而且最大应力为38.72MPa;模态分析表明:振动频率间隔较大且不会发生共振。研究成果为深松铲的改进设计提供了参考。     

基于ANSYS Workbench的S型松土铲模态分析

在分析了S型松土铲结构特点与工作过程的基础上,利用三维CAD软件Pro/E,绘制S型松土铲的实体模型,通过有限元分析软件ANSYS Workbench对S型松土铲进行了模态分析,得到了S型松土铲的前6阶模态振型图,分析的结果为优化S型松土铲的结构和改善性能提供了理论参考。     

4UD―1型马铃薯挖掘机的仿真研究及模态分析

4UD―1型马铃薯挖掘机采用振动式挖掘铲和抖动式分离筛结构,影响其工作性能的主要因素是牵引速度、铲和筛振动的频率和幅值。为得到挖掘机正常工作时的关键参数,应用Pro/E建立了挖掘机参数化模型,在ADAMS中进行了仿真,得到振动铲、抖动筛的运动学变化曲线和整机工作时的振动频率、幅值。结果表明,振动铲和抖动筛的振动频率均为9Hz,振动幅值分别为3.6mm和33.1mm,振动铲与抖动筛共同工作时振动幅度为29.5mm。这为提高挖掘机的工作性能提供了研究数据。再利用Ansys10.0进行挖掘机机架的模态计算分析,得到在添加铲与筛的质量后,机架的固有频率为43.9Hz,远大于挖掘机的工作频率,避免了挖掘机的共振,保证了工作稳定性,同时也为挖掘机振动频率的提高给定了一个范围。     

4YS-600型树木移栽机切铲的有限元分析

在使用中发现树木移栽机的主要工作部件切土铲会发生局部断裂的现象.为此,运用三维建模软件(Pro/E)结合有限元分析软件(ANSYS), 对其进行有限元分析,计算出切土铲的应力与变形,提出了结构改进措施.同时,对改进结构后的切土铲进行有限元分析,结果表明改进方法有效.     

基于超声振动的土壤切削挖掘装置设计与试验

针对农业装备触土部件工作阻力大、耗能高等问题，提出了利用超声波高频振动辅助土壤切削挖掘从而降低阻力的技术方案，设计了超声振动土壤切削挖掘装置。选定20kHz作为超声激振频率，基于耦合谐振效应的目标，分析、设计了夹心式换能器和圆锥形变幅杆等关键部件的结构参数。建立了变幅杆有限元模型，利用仿真方法对其进行模态分析和谐响应分析，仿真结果显示，变幅杆轴线伸缩固有频率接近20kHz，与设计值吻合。搭建了超声振动土壤切削挖掘阻力试验测试平台，进行了有、无超声波振动土壤切削挖掘阻力土槽对比试验，结果表明：相比无振动刚性挖掘铲，超声波振动挖掘铲能够有效降低土壤切削挖掘阻力，在1.5、2.5、3.5MPa 3种土壤硬度条件下，超声波振动挖掘铲所对应的降阻率分别为35.1%、40.7%和44.3%，土壤硬度越大，超声波振动挖掘铲的降阻效果越明显。当土壤含水率为20%~48%时，不论有无振动，土壤切削挖掘阻力均随着土壤含水率的增加先迅速降低后又缓慢回升。由于超声振动激励需要额外消耗能量，故振动挖掘总耗能并未降低。试验验证了超声振动土壤切削挖掘降阻方案的可行性以及参数设计的合理性。     

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。     

单行木薯块根收获机仿生铲的设计与试验

针对目前木薯块根收获机挖掘铲存在入土困难、碎土及排土效果不理想及工作强度不足等问题,基于工程仿生学理论,结合动力学知识,提出并设计了一种模仿犬爪趾形状的仿生铲.基于Design-Expert软件中的试验设计方法,以作业速度、土壤含水率及挖掘铲类型为试验因素,以挖薯率、伤薯率为试验指标,对挖掘铲的工作参数进行试验研究,建...