斜置潜土逆转旋耕抛土仿真及试验

斜置潜土逆转旋耕是一种新的旋耕方式,研究其抛土机理对于优化设计斜置潜土逆转旋耕机有重要意义。该文在 LS-DYNA 平台上建立了斜置逆转旋耕抛土 SPH(smoothed particle hydrodynamics,即光滑粒子流体动力学方法)仿真模型,通过该模型对不同工况下的斜置潜土逆转旋耕抛土模拟仿真,得出了不同参数条件下斜置逆转旋耕时不同层的后抛土率,将相同条件下仿真得到的不同层的后抛土率和室内土槽试验得到的不同层的后抛土率进行了对比分析,验证结果表明,最大仿真误差为 12.50%,最小仿真误差为 0.20%,平均误差为 3.09%。应用校正的仿真模型,以斜置角、前进速度、潜土深度以及刀辊转速作为试验的 4 个因素,并对每个因素取 3 个水平,以后抛土率为试验指标,进行了斜置潜土逆转旋耕抛土虚拟正交试验。采用极差分析法、方差分析法以及回归分析法对试验结果进行了分析,数据分析结果表明,影响后抛土率的主次顺序依次为潜土深度、斜置角、前进速度和刀辊转速,后两者对后抛土率影响不显著,并且得出了潜土深度、斜置角与后抛土率的数学关系模型。根据虚拟试验结果优化了斜置潜土逆转旋耕机物理样机并且进行了田间试验,田间试验结果表明,斜置潜土逆转旋耕成功解决了旋耕机支架和中央传动箱体潜土的难题,并且用 R175 标准旋耕刀达到了 20 cm 的耕深,实现了短刀大深耕。     

旋耕刀三向工作阻力试验及作业参数优化

以普通C型旋耕弯刀为研究对象,分析了影响刀具三向工作阻力的作业因素,确定了刀具弯折角A、刀具幅宽B、耕深C、相位角D、前进速度E等主要试验因素,以单位幅宽工作阻力为试验指标.在试验土槽模拟南方红壤黏土环境,进行L18(37)正交试验,对试验结果进行极差分析、显著性检验、k值分析及线性回归建模.结果表明试验因素对单位幅宽前进阻力影响主次顺序为C、B、D、A、E,其中B和C影响等级相当,A和D影响等级相当,B、C影响具有显著性(P<0.05);对单位幅宽垂直阻力影响主次顺序为A、C、D、B、E,其中A、B、C、D影响等级相当,具有显著性(P<0.05);对单位幅宽侧向阻力影响主次顺序为D、C、A、B、E,其中C、D、A影响等级相当,但不具显著性;综合分析得最优工作组合模型为弯折角120°,刀具幅宽80 mm,耕深80 mm,前进速度0.5 m/s.田间旋耕对比试验表明:采用优化组合模型时,手扶式旋耕机的刀轴转矩、振幅分别降低了12%和21%,整刀磨损量增加,但单位幅宽磨损量却降低了16%,碎土率和耕深稳定系数均有所提高.该研究为降低旋耕机作业能耗、减少刀具磨损及提高机具稳定性提供参考.     

斜置旋耕刀滑切角及其方程

分析了斜置旋耕刀滑切角并指出：斜置时旋耕刀的静态滑切角与正置时相同；斜置旋耕刀侧切刃动态滑切角是速度矢量与刃口曲线法平面之间的夹角，侧切刃的动态和静态滑切角之间不存在相差Δτ的关系。推导了斜置旋耕刀滑切角方程，可知正置旋耕是斜置旋耕的特例。计算表明：斜置旋耕刀正切刃的动态滑切角小于正置，侧切刃动态滑切角的大小介于正置之间、变化范围小于正置的；不论正切刃还是侧切刃，其动态滑切角小于静态滑切角。     

逆转旋耕过程中土壤切削的研究

建立了逆转旋耕二面楔切削土壤的剪切模型。对逆转旋耕二面楔切削土壤的负荷、能耗及土壤总应变提出了计算方法，室内土壤切削试验结果表明：计算值与试验值二者的变化规律基本一致     

旋耕刀滑切角及滑切角方程的研究

详细论述了旋耕刀滑切角及各种滑切角之间的关系,推导了正刃动态滑切角方程,变换该方程的参数,可以得到其它滑切角方程,从而把各种滑切角统一在同一个方程中。     

凹形铲刀逆转刀辊升抛土能力的模糊预测研究

该文研制了逆转刀辊与开式推土铲组合的切抛土部件。应用模糊试验分析方法，对其升抛土能力进行了模糊分析及预测。试验表明，凹形铲刀逆转刀辊与开式土铲组合的切抛土部件，一次可完成切、碎、升、抛、平整土壤等项作业，简化了盐田铺膜机的整机方案；该研究为新型农田逆转旋耕机和盐田铺膜机设计提供了优良的切抛土部件。     

楔形减阻旋耕刀设计与试验

为解决旋耕整地作业阻力大、能耗高等问题,该文基于旋耕刀理论受力模型设计了一种楔形减阻旋耕刀。采用Inventor和HyperMesh软件分别创建国标旋耕刀及楔形减阻旋耕刀的三维模型和切削土壤模型,分析了楔形减阻旋耕刀的应力强度,对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的切削阻力。通过田间试验对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的扭矩、功耗与碎土率。结果表明:楔形减阻旋耕刀所受最大应力为29.49 MPa,远小于材料的屈服强度430 MPa,在保证刀身强度的前提下,与国标旋耕刀相比,楔形减阻旋耕刀质量减轻8.3%;平均切削阻力较国标旋耕刀下降10.65%。在相同工况条件下,楔形减阻旋耕刀的平均扭矩为648.916 N·m,较国标旋耕刀下降11.35%;楔形减阻旋耕刀的平均功耗为67.3kW,较国标旋耕刀下降9.29%,碎土率提高4%,耐磨性能与国标旋耕刀持平,能够达到在降低作业功耗的同时,提高耕作质量并保证刀具使用寿命。     

基于离散元法的旋耕刀受力分析

为分析旋耕刀在有秸秆覆盖和无秸秆覆盖土壤中工作时的受力情况,该文采用离散元法构建土壤-旋耕刀相互作用和秸秆-土壤-旋耕刀相互作用的三维离散元模型。在土槽试验中采用扭矩传感器测量旋耕刀所受扭矩,在仿真中导出每个时刻旋耕刀受到的扭矩和力数据,试验和仿真都在恒定前进速度0.222 m/s和耕作深度100 mm及4种转速77、100、123、146 r/min下进行。结果显示旋耕刀最大扭矩值随着转速增加呈现增加的趋势;在无秸秆覆盖土壤中,试验值与仿真值的相对误差为16.3%;在有秸秆覆盖土壤中二者相对误差为19.1%。耕作过程中旋耕刀所受合力、水平力及侧向力都呈现先升后降的趋势;合力、水平力和垂直力的最大值,都随着转速的增加而增加。旋耕刀刚开始切土时,在有秸秆覆盖的土壤中受到的阻力总比无秸秆覆盖的土壤中所受阻力要大;之后旋耕刀在有秸秆覆盖的土壤中受到的最大力要大于在无秸秆覆盖的土壤中受到的最大力。仿真的水平力和垂直力与旋耕刀理论模型计算得到的旋耕刀水平力和垂直力变化一致。利用离散元法研究旋耕刀切土过程,对探讨刀具与土壤的相互作用机理及设计和优化高秸秆含量土壤中工作的耕作机械具有重要意义。     

鼹鼠多趾结构特征仿生旋耕刀设计与试验

为减小旋耕刀切土扭矩来降低旋耕机功耗,同时提高旋耕机耕作质量,该文分析了鼹鼠前肢手掌多趾组合结构和趾尖轮廓曲线特征,利用二次高斯方程拟合五个趾尖轮廓曲线(R2 0.95和SSE 0.05),并基于拟合曲线,设计了具有鼹鼠多趾结构特征的仿生旋耕刀。通过田间试验,分析传统型和仿生型旋耕刀在不同机组前进速度、转速和耕深条件下的整机功耗、土壤破碎率和沟底压实情况,得到仿生结构特征对整机田间耕作性能的影响。结果表明,当前进速度从1 km/h增加到5 km/h时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小16.88%;当转速从254 r/min增加到267 r/min时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小17.00%;当耕深从80 mm增加到160 mm时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小21.80%。传统型旋耕刀耕后的沟底有压实现象,且沟脊高而宽,耕作效果不佳;而仿生型旋耕刀可以显著地降低耕后沟底被压实的风险,沟底平整,可进一步减小耕作功耗。2种类型旋耕刀在不同耕作条件下的整机土壤破碎率耕深稳定性、耕宽稳定性、耕后地表植被覆盖率、耕后地表平整度和土壤蓬松度在数值上相差不大,且均满足国标要求。研究结果对实现旋耕刀减阻降耗和改善耕作质量具有一定的启发。     

旋耕刀Fe/WC/CeO2等离子堆焊层制备及其组织性能

针对农业触土部件因耐磨性能差、冲击韧性低而导致刀具寿命短、失效频繁等问题,采用等离子堆焊技术在Q235钢基材上成功制备了Fe/WC/CeO2金属陶瓷复合涂层,分析了CeO2对Fe/WC/CeO2金属陶瓷复合涂层性能的影响及其对涂层的作用机理.以堆焊电流、堆焊速度、送粉速率、堆焊距离为试验因素,磨损量为评价指标,通过正交...     

水保线性规划数学模型中参数的确定

目前有些水土保持线性规划中数学模型参数的确定不准确,不仅影响了土地的利用方向,而且还影响了优化方案的选择。造成参数确定不准确的原因主要是对各种参数的涵义不理解,误把投入产出定额当成投入产出系数,把农产品价格当作目标函数系数。针对这一问题,作者用实例探讨了各种实际生产情况下约束条件系数和目标函数系数的确定和计算方法。     

丘陵赤红壤降雨入渗产流模型及其变化特征

在分析南亚热带丘陵赤红壤降雨入渗和产流过程基础上 ,依据田间实测资料 ,建立了丘陵赤红壤降雨入渗产流数学模型 ,分析了南亚热带丘陵赤红壤地表径流的动态变化特征及其影响因素。结果表明 ,丘陵赤红壤区 ,4～ 9月每次降雨产生的径流量变化范围为 0 .2～ 5 1.0 4m m,径流率变化范围为 0 .5 6 %～ 47.5 8% ,10月至次年 3月一般不产生地表径流 ;地表径流量与降雨量拟合关系式为 R0 =0 .0 2 5 9.Pn1 .40 34 ,径流率与土壤表层初始含水量拟合关系式为 R′0 =9.8788W7.770 2 ,而降雨强度对径流量的影响要比降雨量、土壤表层初始含水量小得多。     

旋耕埋草机螺旋横刀的数学建模与参数分析

为了研究水田高茬秸秆旋耕翻埋机理,该文对1GMC-70型船式旋耕埋草机刀辊的主要耕作部件—螺旋横刀建立了数学模型,推导了横刀棱边轮廓曲线的静态方程和动态方程,绘制了动态滑切角、动态切土角等主要耕作参数随刀辊位置角的变化规律曲线,对影响高茬秸秆旋耕翻埋效果的主要因素,例如压草角与抛土角等,进行了计算分析。结果发现,该机的良好作业效果,例如耕深稳定性达90.7%、秸秆埋覆率达94.6%、碎土率达90%、耕后地表平整度在20mm以内等,都与横刀设计理念有很大关系,横刀的主要功能不是土壤切削,而是秸秆翻埋。     

耕地生态位及其数学测度模型构建研究

生态位理论是生态学重要的基础理论之一。以生态位理论为基础,提出了耕地生态元和耕地生态位的概念,并对耕地生态位的主体、本质、类型、特征及其演替规律作了系统阐述;构建了耕地生态位数学测度模型,包括耕地生态位宽度模型、耕地生态位扩充压缩度模型、耕地生态位商模型和耕地数量生态位重心模型,从而为区域耕地数量和质量变化研究提供了新的理论与方法。     

基于模拟技术及遗传算法的作物灌溉制度优化方法

通过土壤水量平衡模型对作物生育期内的土壤含水率及田间腾发过程进行动态模拟,并利用作物水分生产函数的Jensen模型估算作物产量,建立了以灌溉日期为决策变量、最大相对产量为决策目标的灌溉制度优化模型,并采用保留最佳个体的遗传算法求解作物最优灌溉制度。结合山西潇河灌区2003年冬小麦返青后的实际气象状况,用上述模型对冬小麦灌溉制度进行了优化与分析。对动态规划、单纯形搜索法及遗传算法的求解结果进行了比较,表明保留最佳个体的遗传算法能搜索到全局最优解,且结果稳定。不同情况下的灌溉制度优化结果表明抽穗初期是冬小麦的生长关键期,其次是拨节期。随着灌溉水量的增加,最优灌溉制度下的田间腾发量及冬小麦产量也相应增加,但增加幅度逐渐减小。     

水田耕整机驱动轮的设计和试验

根据湖南省一般淹水水田和旱态水田的圆锥指数承压特性及土壤力学参数剪切特性来设计湖南独轮耕整机的驱动轮。设计驱动轮的依据是:(1)机械原理上公认的共轭啮合定律作为轮叶几何参数的推导依据,以滑转率(相当于齿轮的模数)作为基本推导轮叶基圆、滚动圆、倾角、压力角、轮叶高、轮叶数等几何参数;(2)按照轮叶下土壤流动失效及土壤反力模型试验数据以土壤力学理论分析推导轮叶倾角、数目等参数。设计了三轮样轮,通过在湖南省的夏耕、春耕生产试验,牵引性能试验,获得性能较优、结构较合理的H₄、H₃型驱动轮,能适应湖南省一般淹水水田和旱态水田使用。     

成熟农作物田间分布的数学模型

根据成熟农作物各种统计数据,采用多元统计的方法,给出了成熟农作物（以小麦、水稻为例）田间生长空间分布的数学模型结构,并进行了计算机仿真,以描述农作物（包括茎秆、穗头和籽粒）在田间的分布状态。该数学模型可用于进一步研究在计算机上仿真联合收割机收获作业时机具与作物的相互作用。     

无空气干燥过程空气置换时间的数学模型及影响因素

建立了无空气干燥过程空气置换时间的数学模型,并进行了验证,讨论了各干燥参数对空气置换时间的影响。结果显示对已设计好的无空气干燥机,干燥速率提高,空气置换时间明显缩短;在同样的干燥速率下,采用更高的风温,空气置换时间缩短;无空气干燥,条件允许时,应尽量减小干燥系统的总容积。     

关于对雨滴溅蚀数学模型的改进意见

据吴普特等的模型与资料,本文将坡面雨滴溅蚀数学模型改进为S_r=7.459（EI）^0.054S^0.471-150.048     

Model of sediment transport in an irrigation furrow

A new equation describing the transport of sediments by waterflows in irrigation furrows was developed. The equation was verified using the results of field studies on irrigated sierozems. The absolute relative error was 9%, and the coefficient of correlation was 0.92.