振动式果树根系断切装置设计与试验

针对矮砧密植果园根系管控中根土复合体阻力过大,果树根系断切作业不理想等问题,设计一种振动式果树根系断切装置。对切割装置受力模型分析可知,影响阻力的因素主要有锯齿弯刀参数、根土复合体参数、根土复合体与锯齿弯刀参数及作业方式参数。对振动式果树根系断切装置切割装置进行设计与分析,应用有限元仿真软件对切割装置进行切割根土复合体模拟分析,切割装置振动状态下平均切削受力为236.97N,不振动状态下平均切削受力为432.35N,达到振动减阻目的。切割装置土槽试验表明,振动状态下所受水平合力均值均小于不振动状态下所受水平合力均值225.34N,振动状态下切割根土复合体作业效果良好,对根系以及土壤起到锯切效果,减小切削阻力。通过振动状态下切割装置切割根土复合体正交试验分析可知：最优作业参数为偏心距20mm,转速3r/s,土槽作业平台前进速度0.2m/s;土壤扰动量的主要影响因素是偏心距和前进速度;影响切割装置入土稳定性主要因素为偏心距和转速,观察作业现场得知入土深度稳定,满足入土要求。整机试验表明：根系平整切割占比左侧为21.05%、右侧为17.39%,锯切占比左侧为78.95%、右侧为82.61%,由此可知,振动式果树根系断切装置作业过程中振动断切装置对根土复合体起到锯切效果,减小机具和切割装置所受阻力,起到减阻效果;由试验现场可知,机具稳定性良好,作业后留下20~25mm沟壑,与入土切割装置厚度20mm一致。土壤外翻程度小,土壤弥合较好。     

基于LS-DYNA的水田株间除草爪切削土壤仿真分析

为解决目前水田株间除草部件设计周期长、试验效果差等问题，以及更好地揭示黑龙江省水田除草机株间除草爪与土壤间的关系特性，采用集成建模思想研究株间除草对爪切削土壤问题。首先，采用Creo 5.0软件对除草爪与土壤进行三维建模；然后，将建好的三维模型导入Hyper Mesh2017软件进行模型修复与网格划分，利用LS-PrePost进行关键字定义；最后，利用LS-DYNA软件对除草爪切削土壤过程进行有限元仿真分析。采用有交互作用的正交试验方法选取除草爪入土深度、旋转角速度和机器前进速度3个因素，进行3因素3水平仿真试验分析，得到各因素及各因素间一级交互作用对试验评价指标土壤所受平均有效应力的影响规律。仿真结果表明：各因素对土壤平均有效应力影响主次顺序为：除草爪转速、机器前进速度、机器前进速度×除草爪转速、入土深度×机器前进速度、入土深度、入土深度×除草爪转速。仿真回归模型呈正态分布，表明该模型可靠，可以用作预测试验模型，可为水田株间除草爪在不同田间作业参数提供参考。     

悬挂式水田单侧修筑埂机数值模拟分析与性能优化

为提高水田机械田埂修筑质量,探索各工作参数对悬挂式水田单侧修筑埂机作业性能的影响,依据离散元法建立机械部件-土壤间作用模型,运用EDEM软件对机具旋耕切削集土和镇压筑埂成型阶段进行仿真分析,研究机具作业质量和功耗的动态变化规律,分析影响筑埂性能的主要因素。结合正交试验设计和数值模拟技术,以机具前进速度、旋耕工作转速和旋耕入土深度为试验因素,田埂坚实度和作业功耗为试验指标,采用多目标变量优化方法建立因素与指标间数学模型,运用Design-Expert 6.0.10软件进行数据处理优化。结果表明,影响机具综合作业性能的主次因素为机具前进速度、旋耕入土深度、旋耕工作转速;当机具前进速度、旋耕工作转速和旋耕入土深度分别为0.3 m/s、470 r/min和200 mm时,机具作业性能较理想,田埂坚实度和作业功耗分别为1 890.0 kPa和30.07 kW,其功耗较优化前降低9.93 kW。经土槽台架试验验证,台架试验结果与仿真优化结果基本一致,田埂坚实度和作业功耗相对误差分别为4.26%和5.11%,满足水田修筑埂农艺要求。     

锥型被动旋转式浅松装置设计与试验

针对垄作免耕播种后,中耕时期对作物根系附近土壤的浅松作业,研究设计了一种锥型被动旋转锄齿式浅松装置,以达到浅松和除草目的。作业时,外嵌锄齿锥形滚筒贴合垄侧,利用锥形滚筒的结构特性,增强锄齿在土壤作业过程中的滑移作用,以减小土壤扰动及耕作阻力、降低动力消耗及增强作业效果。为此,对外嵌锄齿锥形滚筒进行结构和参数研究,采用正交试验,以前进速度、弹簧镇压力、锄齿环间距为因素,以土壤坚实度差、入土深度稳定性为指标,利用Design-expert软件平台进行试验数据处理与分析。结果表明:在土槽试验车前进速度为1.0m/s、弹簧压力920N、锄齿环间距42mm时,土壤坚实度差达到29.8N/cm2,入土深度稳定性93%,参数优化结果可满足中耕作物苗期浅松作业的性能要求。     

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。     

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。     

基于EDEM的南方水田秸秆处理压草刀具的仿真与试验

针对南方水田保护性耕作存在的残茬秸秆量大、土壤含水率高等问题,设计一款秸秆压草刀具。通过分析工作过程中所受阻力、对土壤的扰动情况及地表平整度等,收集田间土壤参数并用EDEM软件建立土壤离散元仿真模型,仿真试验结果显示,在入土深度为10 cm,刀具转速为3 r/s,前进速度为1 m/s时,土壤的扰动作用较小,受到的阻力为53.20 N。田间试验结果显示,同样因素条件下,秸秆回弹率较低,该刀具能够处理85%的秸秆杂草。刀具在使用过程中未产生停转且刀具不会缠草。通过仿真试验和田间试验,证明该组合刀具符合保护性耕作要求。     

基于仿真分析的微型客车侧翻事故研究

为了减少微型客车侧翻事故的发生,应用仿真分析软件ADAMS建立微型客车基本模型,对地面附着系数、车辆前进速度、重心离地高度和方向盘转角速度4个因素开展汽车侧翻安全性研究。结果表明：在影响侧翻的4个主要因素中,地面附着系数的影响最大,车辆前进速度的影响其次,第三为重心离地高度,方向盘转角速度影响最小。利用仿真分析技术对微型客车侧翻进行研究,能反映车辆的动态特性,对微型客车侧翻进行事故预测,以减少交通事故的发生,对提高我国汽车产品的被动安全性具有重要意义。     

抖动链齿杆式残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置设计与试验

针对土壤层残膜回收装备存在挖掘阻力大、功耗高、易壅土等问题，设计抖动链齿杆式残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置，其中旋耕挖掘机构降低挖掘阻力并解决壅土问题，抖动链齿输送机构提高残膜-土壤-秸秆输送效率。建立输送链表面物料颗粒的受力模型，分析前进速度与输送链转速之间的变化关系，计算抖动轮与输送链转速；测定土壤剖面残膜和秸秆的含量及分布并建立虚拟仿真土槽，模拟棉田土壤中残膜和秸秆含量及分布特点。在EDEM中构建残膜-土壤-秸秆挖掘与输送装置仿真模型并设置挖掘铲入土深度150 mm,在不同前进速度(0.75、1、1.25 m/s)、旋耕刀片转速(210、230、250 r/min)、输送链转速(65、85、105 r/min)组合条件下，模拟挖掘与输送残膜-土壤-秸秆过程中的壅土效果和颗粒速度变化特性；根据仿真试验结果可知，在挖掘与输送装置前进速度较高的条件下易发生壅土问题，土壤层残膜、土壤和秸秆颗粒运动速度小于5 m/s。田间试验结果与仿真试验结果基本相同，在不同的因素水平组合条件下，田间试验测量壅土高度范围为71～246 mm;田间试验表明，当壅土高度小于等于90 mm时不会发生挖掘阻力较大...     

胡萝卜联合收获挖掘部件运动及力学特性分析

针对胡萝卜联合收获机挖掘铲入土困难、挖掘壅土造成夹持不准、挖掘阻力大等问题，开展了胡萝卜挖掘部件运动及力学特性研究。构建了挖掘部件入土特性及与土壤互作力学特性的数学模型，理论解析了入土角、入土行程、挖掘阻力及挖掘部件结构间的关联关系。借助EDEM离散元仿真软件，分析了挖掘铲的入土行程及铲土互作力学特性，并进行田间验证试验。结果表明：土壤壅起高度、挖掘阻力均与入土角度成正比，最终入土角为14°～22°时，胡萝卜收净率≥98%,破损率为≤1.5%,壅土现象不显著，满足收获要求。     

基于GPC-ILC的秸秆捡拾致密成型机主轴转速控制方法研究

为解决秸秆捡拾致密成型机主轴转速自动控制问题,以利于致密成型机全程智能化作业,设计了电液控制系统的数学模型与转速预测模型,提出了一种基于GPC-ILC的致密成型机主轴转速控制方法,通过采集先前成型机运行过程中的输入、输出数据,使用带遗忘因子的最小二乘法辨识广义预测控制的参数模型并计算预测输出值,根据以往过程的累计平均模型误差修正预测输出值,并引出迭代学习控制律,在线实时计算新的控制量,实现主轴转速的控制。场地收获试验表明：增负荷时,转速最大动态偏差为3.21r/min,与目标值的偏差为2.6%,最大余差为1.23r/min;减负荷时,最大动态偏差为2.23r/min,与目标值的偏差为2.47%,最大余差为0.89r/min;增减负荷转速达到稳定时间小于5s,超调量小于3%。田间试验表明：最大动态偏差为3.75r/min,与目标值的偏差为3.47%,最大余差为1.79r/min,满足成型机田间作业的需求。GPC-ILC算法可及时校正模型失配、干扰引起的转速控制的不确定性。     

油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业工序复杂、效率低的问题,设计了一种油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机,可实现开畦沟、浅旋灭茬、油菜精量播种、种床覆土等功能。分析确定了整机基本结构和工作过程,对液压折叠机构进行了运动学和动力学分析,利用Matlab软件确定了液压缸结构参数以及承受的最大负载,基于拖拉机液压油路设计了液压折叠控制系统;根据开畦沟深度、宽度、耕深、覆土均匀性等作业要求,确定了刀轴转速为360～480 r/min,开沟刀、浅旋刀辊旋转半径分别为320、175 mm,开沟刀盘开沟刀数量为8;分析了分土导流板结构参数的取值范围,应用EDEM软件开展了分土导流板不同结构参数组合下的覆土均匀性正交试验,建立了覆土均匀性与分土导流板安装距离、导流板长度和分土板角度的回归数学模型,试验结果表明,当分土导流板安装距离为200 mm、导向板长度为600 mm、分土板角度为60°时,覆土均匀性可达93.33%。田间试验结果表明,当机组前进速度为3.6 km/h、畦沟深度为150 mm、刀轴转速为480 r/min时,油菜宽幅折叠式浅旋精量联合直播机作业后种床碎土率为91.62%,秸秆埋覆率为9...     

免耕播种机浅旋清茬斜置式防堵装置设计与试验

针对黄淮海地区玉米免耕播种作业时,过量小麦秸秆残茬堵塞开沟器的问题,提出一种以拨离残茬和浅旋根茬形式实现苗床清整的斜置式防堵装置。通过理论分析对防堵装置结构参数进行设计,确定了各参数的范围和相互关系,并根据装置结构对耕刀拨茬入土和脱茬离土的过程进行受力分析,确定了影响工作性能的因素。运用离散元方法模拟防堵装置在田间作业过程,以秸秆清除率、土壤扰动系数和功耗为评价指标,对装置倾角、转速和前进速度进行回归分析和显著性检验,确定了各因素对评价指标的影响及主次顺序。通过对回归模型进行多目标函数优化求解,得到最优参数组合为：转速400r/min、前进速度6km/h、倾角18.5°,此时秸秆清除率为74.5%、土壤扰动系数为34.7%、功耗为1.36kW。以优化得到的参数对装置进行土槽试验,试验结果表明：转速为400r/min、前进速度6km/h、倾角18.5°时,秸秆清除率为92.5%、土壤扰动系数为29.6%、功耗为1.51kW,试验结果与仿真试验优化结果相吻合,满足设计要求。     

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

针对黄土高原坡地土壤-旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4％±1％)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定.首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆...     

提土-全膜面覆土装置作业参数优化与试验

为进一步研究提土-全膜面覆土装置作业参数对其覆土性能及质量的影响,解析膜顶覆土过程与规律,建立了提土-覆土过程关键参数方程,确定了试验因素及其取值范围。以刮板升运带式提土器线速度、联合机前进速度和水平双向螺旋覆土装置转速为自变量,覆土合格率为响应值,进行二次旋转正交组合试验,构建各因素与覆土合格率之间的数学模型,并结合响应曲面对各因素交互作用进行分析,探知试验因素对覆土合格率影响的主次顺序为水平双向螺旋覆土装置转速、刮板升运带式提土器线速度和联合机前进速度,获得提土-全膜面覆土装置最优作业参数:水平双向螺旋覆土装置转速为432 r/min,刮板升运带式提土器线速度为1.56 m/s,联合机前进速度为0.50 m/s。田间验证试验表明,提土-全膜面覆土装置覆土合格率均值为99.6%,较优化前有显著提升;应用离散单元法进行提土-全膜面覆土装置在最优参数条件下的"提土-输土-覆土"动态作业过程模拟,仿真结果与田间试验验证工况基本一致,表明该装置作业参数的优化计算准确可靠。     

磁吸板式排种器充种性能离散元仿真

论述了一种磁吸板式精密排种器结构及工作原理。以单列排种元件为研究对象,采用颗粒离散元法建立排种器仿真模型,分析了种箱移动速度、永磁体磁吸端面磁场强度和充种位置角对排种器充种性能的影响,得到各因素的最佳组合。仿真结果表明,影响排种器充种性能的主要因素是磁体端面磁场强度,其次是种箱移动速度。仿真及样机性能试验均表明,在永磁体端面磁场强度为150 mT、种箱移动速度为0.08 m/s、充种位置角为110°条件下,排种器均具有较好的充种性能,其单播率仿真值为89.57%,实际试验值达87.93%,仿真与试验结果基本一致,证明离散元法仿真分析磁吸板式排种器的可行性,同时也表明磁吸板式精密排种器可用于小颗粒蔬菜种子的精密播种。     

薄型锯片锯切硬脆石材横向振动模型

分析了金刚石圆盘锯锯切石材过程中节径型横向振动的形成原因,发现行波振动中锯齿边缘的波动变形导致了锯切力形成附加轴向力。在与锯片同转速的旋转坐标系下推导了轴向附加力的数学模型,进而建立了石材锯切过程中锯片横向振动模型。基于Newmark方法设计了振动模型的求解算法,并编写了仿真程序。为了验证模型的有效性,进行了石材加工生产现场锯片的横向振动监测实验,对锯片不同位置、不同工艺参数下的横向振动值进行了测量。6组振动模型的计算结果与对照实验结果的误差不超过13%,验证了模型的有效性。     

单侧筑埂机镇压筑埂装置工作动力学参数测试与试验

为获得筑埂作业时土壤对其关键部件镇压筑埂装置的作用力,以1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机筑埂装置为研究载体,采用应变传感器设计了镇压筑埂装置动力学参数测试系统,并搭建动力学测试试验台。对镇压筑埂装置的工作参数进行测试,以镇压筑埂装置前进速度和转速为试验因素,以田埂成型过程中土壤对弹性羽片作用力和田埂坚实度为性能指标进行单因素试验,获得弹性羽片受土壤作用力、田埂坚实度与镇压筑埂装置前进速度、转速之间的关系。试验结果表明:当镇压筑埂装置转速一定时,随着机具前进速度的增加,土壤对弹性羽片作用力平均值增大,田埂坚实度减小,变化范围分别为:2 838.1~5 695.2 N和2 250~1 680 kPa;当机具前进速度一定时,随着镇压筑埂装置转速的增加,土壤对弹性羽片的作用力平均值与所筑田埂坚实度均增大,变化范围分别为:3 203.8~5 990.3 N和1 460~2 180 kPa。经试验验证,工作参数测试系统的设计符合实际要求,为类似结构装置的相关参数测试提供了参考。     

基于ADAMS的油菜割晒机顺向侧铺装置参数优化与试验

针对常规立式油菜割晒机多采用侧边铺放方式,茎秆铺放方向与机组前进方向垂直,油菜茎秆铺放角差异大、姿态各异,易导致后续捡拾作业喂入量波动和捡拾不彻底等现实问题,提出了一种油菜割晒机顺向侧铺装置,分析了关键部件作业参数,基于ADAMS开展了铺放质量的仿真优化试验。利用运动学与动力学分析了割台排禾口处茎秆的平抛运动过程及其落地后的定轴转动过程,结合茎秆铺放角形成机理,计算得出拨禾星轮齿数为7、转动角速度为6.27rad/s,确定了排禾导向板曲线参数方程;基于ADAMS构建了油菜茎秆顺向侧铺装置的多体运动学仿真模型,以机组前进速度、横向输送链速比、割台倾角为因素,以茎秆铺放角为评价指标,开展了Box-Behnken仿真试验,以铺放角最小为目标构建了优化目标函数,运用Design-Expert软件求解得到最佳参数组合并开展了仿真和田间验证试验。Box-Behnken试验结果表明,最佳参数组合为机组前进速度0.93m/s、横向输送链速比1.11、割台倾角117.93°,理论最优铺放角为15.25°。仿真验证试验结果表明,在最佳参数组合条件下,铺放角仿真值为14.42°,与理论值相对误差为5.4%。田间试验结果表明,油菜顺向侧铺装置作业顺畅、无堵塞,油菜茎秆平均铺放角为17.25°、平均铺放宽度为752mm、平均铺放层高度为323mm,可满足实际生产需求。该研究可为立式油菜割晒机铺放装置结构改进和优化提供参考。