筑埂机旋耕切削部件的优化设计与疲劳寿命研究

针对我国现有筑埂机械存在功耗较大、机具磨损严重、土壤破碎不充分和筑埂不坚实等问题,设计一款新型旋耕切削装置,该装置由旋耕弯刀、抛土弯刀、L型弯刀以及刀轴等部件组成。运用离散元法构建刀具与土壤接触的力学模型,探究不同刀具的结构参数对其工作性能的影响。结果表明旋耕弯刀弯折角为125°,幅宽为60 mm,正切面端面刀高为55 mm,侧切刃包角为27°时,刀具功耗相对较低,而且碎土效果较好;抛土弯刀的弯折角为120°,幅宽为80 mm时,刀具的功耗及碎土效果较好;从材料损耗的角度考虑,L型弯刀幅宽为40 mm时刀具所用的材料最小。最后,对旋耕弯刀的疲劳寿命进行分析,为延长刀具的使用寿命提供理论依据。     

羽片叠压式水田筑埂机的优化设计与分析

为解决目前人工筑埂存在的效率低和筑埂均匀性差等问题,设计一种羽片叠压式水田筑埂机。阐述机具整体设计方案及工作原理,该机采用振动压实和羽片叠压两道工序,使所筑田埂坚实稳定,并对其关键部件镇压筑埂装置和旋耕集土装置进行理论分析与结构设计。为探究镇压筑埂装置和旋耕弯刀的结构参数对筑埂机作业效果的影响,建立筑埂机关键部件—土壤离散元模型,使离散元与有限元耦合,对机具进行强度分析。分别以镇压轮和旋耕弯刀的结构参数为试验因素,田埂坚实度和扭矩为试验指标,进行仿真作业试验。分析结果表明,镇压筑埂装置的弹性羽片与埂底水平方向的夹角为65°,旋耕弯刀的弯折角为120°时,筑埂机作业效果最优,镇压筑埂装置和旋耕弯刀的强度和刚度满足要求。     

基于SPH法的水田筑埂机取土弯刀旋切性能优化研究

为满足水田筑埂机集土需求,提高其旋切集土效率,基于标准旋耕刀具IT245,建立单个取土弯刀与土壤相互作用的光滑粒子流体动力学(SPH)模型,研究了取土弯刀结构参数对旋切性能的影响。首先研究取土弯刀切土过程,然后分析了刀具弯折角、弯折半径、滑切角、正切面端面高、工作幅宽、刀刃线长等参数对集土效果与工作效率的影响,研究结果表明当弯刀结构参数为127°-60 mm-20°-60 mm-60 mm-15 mm(弯折角—弯折半径—滑切角—正切面端面高—工作幅宽—刀刃线长)时,在满足集土要求的基础上,弯刀旋切工作效率提高至84.91%,相较于优化前提高20.9%,筑埂机取土弯刀性能得到了显著提高。     

基于离散元法的筑埂机旋耕刀轴性能分析

为探究水田筑埂机旋耕切削部件与土壤间的相互作用机理,提高旋耕刀轴的作业质量和工作效率,对现有旋耕机常用的刀具排布方式进行探讨,提出一种新的刀具排列方式。该方式为刀具沿左右两个刀轴对称排布,筑埂机刀轴上采用旋耕弯刀、抛土弯刀和切型弯刀组合安装,三种弯刀均采用刀座式安装,旋耕弯刀数量为12把;抛土弯刀数量设计为2把;切型弯刀数量设计为2把。通过离散元仿真试验,研究旋耕刀轴上旋耕弯刀的不同刀具排布方式对刀轴工作性能和对土壤破碎效果的影响,结果表明旋耕弯刀采用三头螺旋线排列的情况下,机具对土壤的破碎效果更好,所受工作阻力的最大值相较于双头螺旋形排列和人字形排列分别减小160.77 N,119.52 N,作业扭矩分别减少54.87 Nm,163.58 Nm,刀轴的受力变化幅度小,作业更加稳定。     

水田筑埂机旋切集土性能优化研究

旋切集土装置作为筑埂机的重要组成部分,对筑埂机的工作效率和工作质量具有很大影响。为此,主要对水田筑埂机两侧取土型旋切集土装置展开研究。为了满足水田筑埂机碎土集土性能要求,提高旋切装置的工作效率,结合光滑粒子流体动力学法(SPH)及离散元法(DEM)对旋切集土弯刀的结构参数和排列组合对旋切集土性能的影响进行了分析,最终构建了土槽实验平台,并对弯刀结构旋切集土效果进行了验证。研究结果表明:优化后取土弯刀有用功利用率增加了20.9%,筑埂集土方向抛土力明显增大;对于组合刀轴,旋切功耗降低了21.83%,土壤破碎率增加了19.06%。研究成果为水田筑埂机旋切集土装置结构设计提供了理论依据,对降低水田筑埂机整机功耗、提升整机工作质量有着重要的意义。     

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.     

基于离散元法的立式旋耕刀工作参数分析与优化#br# #br#

为探究立式旋耕刀作业参数对其受力情况及碎土效果的影响，建立立式旋耕刀作业的离散元模型，并对其所受阻力、扭矩的变化规律进行分析；通过设计正交试验，得到立式旋耕刀工作参数对其阻力、扭矩、作业功率及碎土率的影响，并建立相应的预测模型。通过响应面分析和预测模型对立式旋耕刀作业功率和碎土率进行参数优化，得到最佳工作参数为：前进速度1.2 m/s，刀具转速307.141 r/min，耕深25 cm，模型预测立式旋耕刀作业功率为7.042 kW，碎土率为8085%。将最佳工作参数代入仿真试验，对比试验数据得到功率的模型预测值与仿真值间的相对误差为3.97%，碎土率的相对误差为3.45%，验证了预测模型的可用性。     

基于离散元法的油莎豆降阻挖掘装置设计与试验

目前油莎豆机械化收获方式以正旋旋耕挖掘为主,但工作过程中存在工作阻力大、碎土率低、埋果率高等问题,本文针对油莎豆旋耕挖掘方式进行反旋运动学分析,建立了旋耕刀与油莎豆团聚体离散元模型,结合EDEM进行挖掘过程离散元仿真试验,确定影响旋耕刀工作阻力和刀轴扭矩的结构参数和取值范围,利用Design-Expert进行试验优化与回归分析,确定旋耕刀的最佳结构参数为：弯折角130°、工作幅宽45mm,在相同参数设置下与正旋旋耕方式进行对比试验,工作阻力降低了8.6%,刀轴扭矩降低了5.9%,证明反旋挖掘具有降阻作用。为检验优化设计的旋耕刀作业性能,以埋果率和土壤破碎率作为试验指标进行对比试验,结果表明：反旋作业方式埋果率1.07%,土壤破碎率93.48%,与标准旋耕刀相比,新型旋耕刀油莎豆块茎埋果率减低了1.2个百分点,土壤破碎率提高了1.3个百分点。     

1ZG-320型水田筑埂机的设计与研究

设计了一种水田筑埂机,对其结构和工作机理进行介绍。筑埂机采用犁铧刮土板和旋耕刀进行取土和筑埂轮进行筑埂。说明了机器的工作状态、主要技术指标。该机各项指标均达到了农艺技术指标的要求,解决人工筑埂劳动强度大的问题,筑埂效果良好。     

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。     

斜置旋转耕耘机三维仿真研究

利用基于对象理论的斜置旋耕机械工作过程三维仿真系统，研究了牵引速度、刀滚转速、斜置角和相位角等参数对斜置旋耕过程的影响，对单刀、单列旋耕刀、位于同一螺旋线上旋耕刀和整个刀滚的切土进行了仿真，在此基础上，探讨了斜置旋耕的基本工作机理，提出了斜置旋耕的基本约束关系。     

垄上深松灭茬起垄机的设计与试验

针对现有深松灭茬机深松灭茬作业效果差、阻力大、功耗大及作业效率低等问题,设计了一种五行垄上深松灭茬起垄机。设计深松铲的结构参数为:长度55mm,宽度22mm,高度600mm,圆弧部分入土竖直距离250mm,纵向距离300mm,入土角22°,切削刃角60°,楔刃高度19mm。设计灭茬刀的结构参数为:正切刃滑切角16°、弯折角112°、切削宽度41 mm、刀端点回转半径350mm、弯曲半径35mm、刀刃口厚度5mm,并安装在刀辊上。同时,设计了前端部下边长560mm、上边长390mm、后端部下边长360mm,上边长260mm、罩体长度650mm的起垄部件,与深松铲、灭茬刀辊组成深松灭茬起垄机。田间性能试验结果表明:相比于行业内标准,所有工况下深松灭茬起垄机深松深度稳定性系数平均提高3.15%、灭茬深度稳定性系数平均提高3.69%、灭茬率平均提高10.58%、碎土率平均提高8.26%,其作业后犁底层土壤容重明显降低,成垄高度和宽度满足农艺要求,作业性能与效果优良。     

自激振动旋耕刀设计与减扭降耗性能分析

为实现旋耕作业减扭降耗,在国标IT245旋耕刀基础上设计了一种自激振动旋耕刀装置,对其工作原理进行了阐述。通过运动受力分析,完成了其大弹簧参数选型与弹簧心轴腰型孔设计。基于DEM-MBD技术,建立土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析5种刀轴转速下国标旋耕刀与自激振动旋耕刀所受三向阻力与扭矩变化规律。仿真试验中,刀轴转速为150、200r/min时,减阻降扭效果不明显;转速为250、300r/min时,自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的减阻降扭效果较好,垂向阻力分别降低6.96%、10.41%,且平均扭矩降低率较大,分别为9.80%和19.63%,而转速达到350r/min时,减阻降扭效果下降。通过对2种旋耕刀仿真与土槽试验的平均扭矩进行分析,得出了国标旋耕刀与自激振动旋耕刀平均扭矩变化曲线的相关系数,分别为0.997与0.998,基本验证了DEM-MBD耦合仿真模型的准确性。对土槽试验中采集的Y向（耕作时刀刃振动主要发生方向）振动加速度数据进行频域分析表明,随着刀轴转速的增加,Y向功率谱密度幅值总体呈上升趋势,转速达到300r/min时,激振频率达到装置Y向的固有频率附近,此时发生共振,Y向功率谱密度幅值达到最大值。即此时旋耕刀获得最大能量,扭矩降低幅度最大,减扭降耗的效果最佳。     

3ZFD-440型玉米大垄双行动力中耕追肥机设计与试验

针对我国玉米大垄双行栽培技术缺少复式中耕联合作业机具的问题,设计适配于118.4～154.4 kW系列拖拉机的3ZFD-440型玉米大垄双行动力中耕追肥机。该机具一次作业可完成垄沟碎土除草、垄底深松、多苗带侧深施肥、垄台培土等多项工作。根据玉米大垄双行中耕作业的农艺要求,通过理论计算和试验分析完成施肥系统、碎土除草部件、导流式培土器的设计。碎土刀选用凿形直刀,回转半径为235 mm,刀片厚度为10 mm,碎土刀入土夹角选择35°,刃口宽度为2 mm,侧刃长度10 mm;采用导流式培土器,基础元线角为32°、导曲线切线与垂直面夹角为30°、导曲线切线与垂直面夹角增量为5°、导曲线半径为248 mm。田间试验结果表明：该机具在作业时能充分发挥大功率拖拉机的动力优势,作业时垄台台顶宽度变异系数为1.64%,垄台深度变异系数为4.34%;导流式培土器性能稳定,作业后垄形规范。碎土率为91.7%;垄沟沟底浮土厚度为4.6 cm;排肥一致性变异系数为3.1%,完全达到设计要求和国家标准。     

开沟旋耕机渐变螺旋升角轴向匀土刀辊设计与试验

针对长江中下游农业区开厢沟后旋耕作业地表平整度差、土壤轴向分布不均匀等问题,设计了一种渐变螺旋升角轴向匀土刀辊。分析了旋耕刀轴向运土力学条件,建立了匀土刀辊旋耕刀扰土体积参数方程和旋耕刀渐变螺旋升角排列螺旋线方程,并分析确定了影响匀土刀辊轴向匀土性能的关键因素为刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角。运用离散元法模拟匀土刀辊作业过程,以耕后地表平整度为试验指标,以刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角为试验因素,进行了正交试验,建立地表平整度回归方程。利用Design-Expert分析软件得到最优参数组合为：刀辊转速260r/min、旋耕切土节距8.3cm、初始螺旋升角71°,此时仿真地表平整度为17.35mm。在最优参数组合下进行了田间试验,结果表明,匀土刀辊作业后,地表平整度、土壤轴向分布均匀度、耕深稳定性系数、碎土率的均值分别为14.5mm、8.82%、92.34%、81.66%,整体耕整效果优于常用旋耕刀辊。     

通用刀片功率消耗影响因素分析与田间试验

在实验室土槽中对旋耕-碎茬通用刀片单刀扭矩进行了试验,确定了在旋耕作业和碎茬作业时,耕深、刀辊转速、机组作业速度对功率消耗的影响,建立了这两种作业状态下扭矩与工作参数关系的回归方程.土槽试验结果表明,转速对功率消耗影响显著,耕深影响次之,作业速度对功率消耗影响较小.将通用刀片安装到仿生智能耕整机上进行田间旋耕和碎茬试验,田间测试结果表明,耕深稳定性达93%,平均碎茬率、根茬覆盖率、碎土率分别为81.8%、87.2%、87.9%,均满足两种作业的农艺要求.     

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...     

对辊式秸秆切碎装置的设计与试验

当前秸秆粉碎还田机械多为近地面作业,工作中刀片不可避免地与土壤、石块等接触,导致刀刃迅速磨损变钝,刀片不能有效地切断秸秆纤维。为此,设计了一种对辊式秸秆切碎装置,核心部件为一个带刀片辊子和一个带槽辊子。通过对切碎过程的运动与受力分析,确定刀辊半径为47.5mm,刀片数为6把,刀刃长度为3 5 0 mm,刀刃角度为2 5°,刀片厚度为5 mm,刀棱高度为1 1 mm,槽孔最小宽度为1 0 mm。制作试验台并进行了试验,结果表明:槽孔宽度对切碎效果影响显著,当对辊转速为600r/min、槽孔宽度为10mm时,切碎效果最好,玉米秸秆能够被切碎成50mm的小段,秸秆切碎长度合格率为86.80%,均满足行业标准。该研究结果为进一步优化结构、工作参数及生产考核提供了参考。