基于UNRBS理论的旋耕刀曲面造型

基于NURBS理论，对旋耕刀侧切刃、正切刃进行了统一的数学模型，并在VC＋＋平台上对旋耕刀刃线、刀面实施NURBS参数造型，获得了较满意的刃线、刀面形状，从而开辟了旋律刀设计途径，提高了效率。     

基于螺旋线算法的旋耕机执行部件设计及优化

为了提高旋耕刀使用寿命、降低旋耕能耗,基于阿基米德螺旋线,对旋耕刀切削刃进行了设计,并对旋耕刀和刀辊进行了优化设计。采用阿基米德螺旋线设计切削刃,优化切削刃受力,发现侧切刃终点半径到折弯直线之间的夹角α可以显著影响正切刃性能。采用静力学和能耗分析法,对其进行优化,结果表明:当α=57°时,能耗最低,且该角度下最大应力和形变满足强度要求。采用左右对称布置刀辊,3螺旋线对刀辊上旋耕刀具分布进行优化,并对优化后的刀辊和旋耕刀进行能耗测试。测试结果表明:优化设计可以有效降低生热量和能量消耗。     

耕作部件对带状旋耕耕作质量的影响研究

应绿色可持续农业的发展要求，带状免耕播种技术在我国南方稻麦种植区得到推广与应用。为简明耕作部件对带状旋耕耕作质量的影响，在280、380和510 r/min刀轴转速下对凿型旋耕刀、直刃旋耕刀和IT225型旋耕刀进行田间耕作试验。试验结果表明，影响耕作质量的主要因素是耕作部件形状和刀轴转速。在刀轴转速为510 r/min时，IT225型旋耕刀创造的土壤回填率只有7%，土壤回填效果明显低于具有较小正切刃的直刃旋耕刀和凿型旋耕刀。凿型旋耕刀能够创造出较好的回填和土壤破碎的效果，但由于其没有侧切刃无法创造出整齐的种床截面。在刀轴转速为180 r/min时，凿型旋耕刀造成的种床截面扰动率高达20%。直刃旋耕刀能够形成齐整的种床截面和高于50%的土壤回填率，但产生的土壤破碎体粒径过大，不能满足播种的需求。本研究为带状旋耕耕作部件优化指明方向，即兼顾直刃旋耕刀和凿型旋耕刀的特点，将两种或几种刀具进行有机结合，以满足不同土壤条件下带状旋耕播种的需求。     

斜置旋耕刀侧切刃曲线的理论研究

在对斜置旋耕动力学分析的基础上，推导出斜置旋耕刀侧切刃动态滑动条件，给出了侧切刃动态滑切角的定义和计算公式，以及计算实例。对比了国际耕刀正置和斜置时的动、静态滑动切角。把斜置旋耕刀的动态滑切角与侧切刃曲线统一于黎卡提（Riccati)微分方程中。该方程对斜置旋耕刀的计算机辅助设计有重要意义。     

宽型旋耕弯刀的设计研究

论述了宽型旋耕弯刀的设计，宽刀最好用于刀滚回转半径较大的旋耕弯刀上，其弯折角弯折半径应比普通窄刀大一起，正切面部分尽量采用内磨刃或双面磨刃，也可以用等切土角法设计。试验表明，适当加大旋耕刀宽度，有利于降低单位幅度旋耕阻力。     

斜置旋耕刀的研制

斜置旋耕是降低能耗、提高耕作质量的一种新型旋耕方式。斜置旋耕时,旋耕刀一边沿垂直于刀轴的方向滑切土壤,一边沿平行于刀轴方向撕裂土壤。土壤的破坏形式由正置旋耕时的单纯受压变为受压－撕裂,并有效地降低了旋耕功能。为了适应斜置旋耕的特点,笔者研制了刀面为弯曲面的斜置旋耕刀,并和具有同样回转半径和刃口曲线的国标旋耕刀进行了对比试验,结果表明：采用斜置旋耕刀进行斜置耕作,其功耗可降低８％左右。     

反转旋耕刀正切面分析及参数选择

为提高反转旋耕刀的性能，根据旋耕刀运动的特点，从旋耕刀几何学及切削角度方面出发，对反转旋耕刀正切面角度及对磨刃面的影响进行了分析。提出：由于反转旋耕时旋耕刀的变隙角小于正转旋耕，使得反转旋耕刀的切土角和隙角大于正转旋耕刀；在同样结构参数、运动参数及切土条件下，反转旋耕刀的安装角应比正转旋耕刀小一些；反转旋耕时，刀辊转速宜取高一些。由于上述原因，会造成反转旋耕刀的切土阻力较大。     

高原型3Z系列中耕机用旋耕刀设计

云南省农业机械研究所根据多年来对旋耕刀的研究及推广应用,采用经验公式来进行旋耕刀侧切刃曲线的设计计算,设计出适合于中耕机旋耕作业要求的五种规格旋耕刀,满足在云南省多秸秆和绿肥等的粘重土壤田地旋耕作业的农艺要求,同时此种旋耕刀也能够应用于在云南省使用的微耕机和小型手扶拖拉机旋耕机对旋耕刀的使用要求.     

基于翼型结构的旋耕刀设计及运动过程分析

【目的】旋耕机是农业生产活动中必不可少的农用机械,本研究旨在减小旋耕刀工作时的驱动功耗,提高旋耕机的作业效率和质量并延长旋耕机的使用寿命。【方法】课题组使用三维建模软件SolidWorks建立IT245国标旋耕刀三维模型,参考机翼形特征曲线方程将轮廓曲线添加于IT245国标旋耕刀的正切刃上,创新设计了具备翼型结构特征的仿翼型旋耕刀片。【结果】翼型结构提供的垂直于正切削面向内的升力在水平方向产生分力F_x,在竖直方向上产生分力F_y。F_x为旋耕刀克服了一部分工作阻力,对旋耕刀的正切削面产生一个向前的助推力,帮助切削刃向前切割土壤;F_y为旋耕机克服旋耕刀重力提供了一个向上的支撑力,相当于减轻了旋耕刀自身的重量,实现了旋耕刀工作时的轻量化。【结论】翼型结构为降低旋耕刀工作时的驱动功耗、减小驱动力矩、降低能量损耗提供了有利条件和理论依据。     

潜土逆转旋耕刀的三维扫描及数据处理

应用ATOS2系统对旋耕刀进行了三维扫描,获得了潜土逆转旋耕刀外形点云,在此基础上对其进行了反求;应用NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)理论,在PRO/E中进行了重构,得到了符合计算机仿真要求的数字模型,使计算机软件较精确地模拟真实刀具的潜土逆转旋耕成为可能.     

基于东方蝼蛄爪趾的仿生旋耕刀设计与试验

为了降低旋耕刀耕作时的能耗,本文基于东方蝼蛄前足爪趾轮廓拟合曲线的特征,利用逆向工程技术将东方蝼蛄前足爪趾1、2、3、4的轮廓曲线依次排列于IT245国标旋耕刀的正切刃与回转半径末端边缘,设计了仿生旋耕刀.建立南方粘湿土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析不同刀轴转速下国标旋耕刀、仿生旋耕刀扭矩和三向阻力的变化规律,结合室...     

带状旋耕式小麦免耕播种机耕作部件作业机理研究

为明确带状旋耕式免耕播种机耕作过程中耕作机具与土壤间的相互作用机理,利用离散元仿真软件从微观层面对典型的且已广泛应用的IT225型旋耕刀、直刃旋耕刀和凿型旋耕刀进行仿真,研究发现旋耕刀具的抛土特性是影响土壤回填效果的关键因素.田间试验表明,土壤破碎体的回填率随刀轴转速的增加而下降.IT225型旋耕刀在高刀轴转速(＞28...     

基于SolidWorks Simulation的旋耕刀有限元分析与优化

本文对微耕机的弯形旋耕刀进行了机构分析,建立了旋耕刀的三维模型,基于SolidWorks Simulation有限元分析平台对旋耕刀的应力、位移和应变进行分析。结果表明：在距离刀辊轴最远的刀尖处出现了最大变形量,表面旋耕刀正切刃处的刚度最差,在旋耕刀的刀柄与刀背圆滑过渡连接处出现最大应力集中和最大应变,这与旋耕刀实际工况中产生的刀片弯曲变形或断裂实效的情况一致,验证了有限元分析指导旋耕刀设计生产的可靠性。与此同时,在有限元分析的基础上对旋耕刀结构进行优化设计,采取加厚刀柄和刀背压凹的方式,在不增加刀具质量和现有输出能耗的前提下,大幅度减小了刀具应力集中的产生,从根本上大大减少了刀具断裂频率,延长了刀具使用寿命。     

山地拖拉机坡地等高线旋耕土壤侵蚀规律研究

针对黄土高原丘陵山区坡地等高线旋耕作业时土壤耕作侵蚀(土壤由坡高侧向坡低侧迁移)严重及其机理不明等问题,通过理论分析、仿真试验、土槽及实地试验相结合的方法,深入开展山地拖拉机坡地旋耕侵蚀规律研究。首先,构建了H245标准型常用旋耕刀在坡地工况下的扰土体积参数方程,完成了旋耕刀坡地扰土过程的经典力学分析,确定了导致坡地旋耕土壤侵蚀的主要影响因素：坡地角、耕作深度、刀轴转速以及旋耕作业速度;然后,基于EDEM离散元仿真软件研究了单把旋耕刀和旋耕机整机的坡地扰土规律,得出土壤颗粒在旋耕刀侧切刃的动态滑切作用下有水平向后运动的行为,浅层土壤颗粒位移最大,深层土壤颗粒位移最小,并且深层靠近旋耕刀回转中心的土壤颗粒位移最大;土壤的侧向位移方向受旋耕刀正切刃朝向的影响;随着旋耕刀的入土,土壤颗粒在垂直方向的位置呈先变深后变浅的趋势。最后,选取旋耕刀轴转速、旋耕作业速度和坡地角作为试验因素,进行了实地旋耕单因素和正交试验,单因素试验得到土壤水平、侧向位移随着上述3个因素变化的规律;正交试验方差分析得到影响土壤侧向位移的主次因素为坡地角、旋耕刀轴转速、旋耕作业速度,影响土壤水平位移的主次因素为旋耕作业速...     

烟秆拔秆机刀辊参数优化与试验

针对烟秆拔秆机存在拔秆作业能耗高、工作不稳定、刀辊受力不均等不足,对其核心工作部件刀辊的结构参数和工作参数进行优化与试验研究。首先,对刀辊旋耕刀切土轨迹、沟底不平度、切土节距、拔秆入土深度和旋耕速比进行了理论分析,并结合刀辊拔秆工作原理和拔秆农艺要求,确定了拔秆机刀辊较优参数设计组合为:拔秆机前进速度v_m=0.3 7 m/s,切土节距S=1 0 0 mm,旋耕速比λ=8,刀辊转速n=1 1 0 r/min。其次,对影响刀辊工作质量和功率消耗较大的旋耕刀参数及排列进行了研究,包括旋耕刀侧切刃、正切刃、正切部弯折半径、工作幅宽及刀辊回转半径等,得到适合于反转拔秆的旋耕刀参数为:螺线起点的极径ρ_0=1 6 3 mm,螺线终点的极径ρ_n=2 4 0 mm,螺线终点的极角θ_n=3 1.8°,弯折半径r=3 0 mm,旋耕刀幅宽b=3 0 mm,并提出了旋耕刀在刀辊上的4n±2最优数列双螺旋线排列法。田间作业试验表明:刀辊拔秆作业质量较好,性能稳定,设计合理。     

旋耕刀正切刃设计方法的研究

论述了旋耕刀正切刃的设计，推导了正切丸弯折方程，讨论了正切刃滑切角的计算，应用偏心圆方法设计了正切刃，并对有关参数进行了分析。     

旋耕—碎茬通用刀片结构参数优化试

以L型碎茬刀及宽型旋耕刀为基础,设计了9种旋耕-碎茬通用刀片.通过土槽单刀功率消耗(扭矩)试验确定了通用刀片的结构参数为:弯折角67°、弯曲半径20 mm、正切刃滑切角12°、单刀作业幅宽60 mm.并分别进行了通用刀片与国标旋耕刀的旋耕对比试验及通用刀片与批量生产的碎茬刀切断对比试验.试验结果表明,通用刀片单位幅宽功率消耗小于国标旋耕刀,但大于常用碎茬刀;单刀幅宽相同条件下,通用刀片功率消耗低于旋耕刀及碎茬刀,表明通用刀片结构参数选择合理可行.     

旋耕刀结构优化设计与动力稳定性分析

为了解决土壤和草根对旋耕刀的阻力和刀尖受到的摩擦力及振动冲击而造成的疲劳失效问题,利用有限元软件对旋转对称六刀刃旋耕刀进行了强度评价并对其结构进行了5次优化改进,并分别对5种优化改进结构建立了数值模型,且进行了静态和模态数值分析。静态强度分析结果表明:随着旋耕刀结构的优化改进,其最大应力集中和最大变形量明显减小。动力学分析结果表明:第3次优化改进后的3种弧形旋耕刀各阶固有频率都提高于100Hz并避开了工作频率。最后,通过对比分析5种优化改进结构的强度、固有频率、振型和动力稳定性等提出了飞轮性旋转对称弧形刀刃圆角旋耕刀。该旋耕刀的特点是,应力和变形量比改进前的分别降低2倍和4倍以上,第1阶固有频率由改进前的12Hz提高到170Hz。新提出的旋耕刀型应力集中很小、固有频率很高,具有可提高疲劳寿命、耐磨性好与使用寿命长等特点,是旋耕机上最适合用的刀片之一。如果不考虑偏心率的影响,在工作频率范围内弧形旋耕刀不会出现振动和共振现象。     

旋耕弯刀侧切刃曲线分析及新型曲线的推导

本文讨论了旋耕刀侧切刃理论,将阿基米德螺线等侧切刃曲线归纳为一个微分方程曲线集合,并指出:与该集合相比,偏心圆与正弦指数螺线更适合于作侧切刃曲线。 根据动态滑切角理论以及侧切刃入土应从刀根部向刀端部依次过渡的原理,推导出等动态滑切角侧切刃曲线与顺序入土侧切刃曲线。     

驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机设计与试验

针对传统旋耕式耕整机在稻-油或稻-稻-油水旱轮作的油菜种植模式下进行耕整地作业易存在整机通过性、适应性差,旋耕装置作业碎土率低、刀辊易缠草、秸秆埋覆性能差等问题,设计了一种驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机。提出先主动犁耕后双刃旋耕、两侧开畦沟的工作方式,分析确定了驱动圆盘犁组主要结构参数以及驱动圆盘犁组-开畦沟前犁布局方式;分析确定了一种应用于驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机的双刃型旋耕装置关键结构参数。依据滑切原理确定了具有长刃部和短刃部的双刃型旋耕刀片关键结构参数;根据驱动圆盘犁组结构布局确定了双刃型旋耕装置为双头螺旋线排列方式。利用离散元仿真方法分析了整机的秸秆埋覆性能以及对土壤耕层交换的影响,结果表明整机作业平均秸秆埋覆率为94.69%,且整机作业后土壤耕层混合均匀。在秸秆留茬量不同的两种工况下进行田间性能试验,田间性能试验表明,驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机作业后平均秸秆埋覆率为96.45%,平均碎土率为95.30%,犁组不堵塞,刀辊不易缠草,机组通过性好;田间播种试验表明,整机播种后油菜出苗均匀,整机作业各项指标均满足稻茬地油菜直播种床整备要求。