双翼式深松铲的仿生设计及其离散元分析

深松铲是保护性耕作中进行深松的主要工具,其品质直接影响深松的效果.在对双翼式深松铲改型设计的基础上,应用仿生技术研究成果设计出仿生深松铲,并通过Pro/E软件对改型深松铲和仿生深松铲进行三维建模.而后应用离散元软件EDEM 对两种形式深松铲进行仿真分析,得出速度为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m/s时两种深松铲所受的耕作阻力.离散元分析结果表明,两种深松铲在触土过程中耕作阻力变化趋势相同.虽然仿生深松铲具有较好的土壤脱附和耐磨性能,但平均耕作阻力较之改型深松铲稍大.本研究方法为新型深松铲的优化设计提供了参考.     

基于南方红壤耕地气压深松铲的设计与深松仿真分析

针对现有深松机在红壤耕地犁底层土壤深松阻力大、幅宽小、效率低等问题,设计一种基于气压劈裂的气压深松铲。采用CFD软件建立南方耕地红壤犁底层土壤的模型进行深松气压范围标定,并针对相同气压2 MPa下不同容重犁底层土壤的扩散特性进行研究。结果表明:红壤犁底层容重1.8g/cm~3土壤的有效起劈气压范围为1.6～2.4MPa;容重1.6g/cm~3、1.8g/cm~3的犁底层土壤裂隙主要沿水平方向扩散,容重1.4g/cm~3的犁底层土壤裂隙则同时沿竖直方向与水平方向扩散;容重越大的犁底层土壤,深松效果越好。     

深松铲研究进展与分析

机械深松是保护性耕作的重要一环。深松铲是深松机具的首要部件。本文从阐述机械深松和深松铲入手,探讨了国内近年来深松铲的研究进展,对深松铲的减阻研究分结构形状减阻、表面状态减阻和综合减阻3个方面进行了细致的探讨,分析了深松铲的研究进展,并提出了研究建议。     

基于LS-DYNA的深松铲阻力仿真

为降低耕作阻力,揭示深松铲与土壤之间的关系特性,根据深松铲切削土壤的工作特点,利用LS-DYNA模拟分析深松铲切削土壤的过程,获得切削土壤的应力变化规律。结果表明,当深松铲以0.49 m/s的初速度切削、深松深度为250 mm时,单个深松铲的最大切削阻力为2 230 N,土壤在1.75 s发生崩裂,达到深松效果。通过试验测试,单个深松铲受力约为2 332.5 N,与仿真误差为4.5%,验证了仿真的合理性,仿真数据结果可以为实际深松过程提供参考。     

蚯蚓体表自润滑仿生应用试验研究

对蚯蚓体表自润滑行为进行分析,并设计5种仿生润湿试件:通孔型、阶梯孔型、通孔倒角型、插销型以及复合型,以水为润滑剂,通过润湿试验,探讨润湿规律,为蚯蚓耦合仿生研究提供设计依据。结果表明,无论是覆盖玻璃还是有机玻璃,通孔型的喷嘴润湿整个表面所需的时间最长,而通孔倒角型喷嘴所需时间最短;在同一流速条件下、同一时间间隔内,各仿生润湿试件按润湿面积由大到小依次是:通孔倒角型、插销型、复合型、阶梯孔型、通孔型。     

深松铲型式对深松作业的影响

通过试验对比方法,分析不同结构形式的深松铲对深松作业的影响,试验评价指标为土壤坚实度、膨松度和牵引阻力。试验采用国内常见的4种深松铲,分别为凿型深松铲、凿型带翼铲、曲面深松铲和箭型铲,在单因素的基础上,设计出合理的方案。研究结果表明:(1)深松作业可以有效降低土壤坚实度,凿型铲和曲面铲在水平方向影响距离大,在20 cm测点处分别降低土壤坚实度46. 85%、53. 14%;(2)从降低土壤坚实度最大值角度分析,曲面铲作业效果最好,凿型铲次之;(3)曲面深松铲作业在对土壤坚实度影响上具有明显的不对称性,两侧影响幅度不同;(4)深松作业对于深层土壤坚实度影响比浅层土壤大;(5)在相同作业条件下,曲面式深松铲深松作业需要更多的牵引阻力,作业后土壤膨松度最好。     

圆弧状深松铲柄的有限元分析

深松技术是保护性耕作重要技术之一,深松铲柄是深松机上最重要的零部件之一,因此其品质的好坏直接影响着深松机工作时的深松效果。本文是利用CATIA对深松铲柄进行三维实体建模,通过田间试验得出前倾角α为40度时的三角形截面最符合工作需要,然后通过接口将模型导入ANSYS中进行网格划分及载荷施加生成有限元模型,并对其进行变形及应力分析,三角形截面的深松铲的强度、刚度能够达到设计要求,满足其工作需要。     

双翼深松铲结构的有限元分析与改进设计

在对深松铲进行二维设计的基础上,应用Pro/E和ANSYS软件对经验设计的双翼深松铲结构进行了力学分析并在此基础上进行了改进.结果表明:采用打孔方式固定深松铲是造成铲柄应力集中的主要原因,改进固定方式是解决问题的有效方法;应用ANSYS软件进行有限元分析是重要的现代设计方法之一,但与经验设计有机融合是提高设计质量的重要途径.同时,经验设计也有一定的优点,不应该全部否定.本文还对深松铲过载保护的必要性和方法进行了论述,设计了过载保护装置,该保护装置可以有效的对深松铲进行保护,避免断裂等损坏的发生.     

双翼深松铲设计参数的试验研究

本文分析了双翼形深松铲的主要结构参数:翼张角2γ、铲宽 B、起土角α以及使用参数:作业速度 V、耕深 H 等因素对耕作阻力的影响。并在此基础上得到了各因素的合理取值范围,即2γ=80°～85°、α=18°～23°、V=2km/hH<180mm,从而可供在双翼深松铲设计和使用时参考选用。     

基于EDEM的双翼式深松铲设计与仿真试验

设计了一种由铲柄、铲翼及铲尖组成的双翼式深松铲,建立了基于EDEM离散元仿真模型,分析确定了双翼式深松铲主要工作参数及结构参数并进行仿真试验.结果表明,在试验范围内,双翼式深松铲耕作阻力F随铲翼翻土角γ及起土角α增大而增小,随耕作速度v先减小后增大.当双翼式深松铲铲翼翻土角γ取30°、起土角α取30°、耕作速度v取0.75 m/s时,双翼式深松铲耕作阻力F最小.土槽试验结果表明,双翼式深松铲作业时,土壤沿铲翼后部自动向内及后方迁移,土壤原地翻转,不堆积在侧边地表且两侧扰动小.     

深松参数对双翼深松铲耕作阻力影响的仿真分析

利用离散元建立了双翼深松铲的深松仿真模型,分析了深松参数对双翼深松铲耕作阻力的影响。结果表明,双翼深松铲对土壤的作用主要表现在前进过程中对土壤的切削和抬升2个方面;双翼深松铲主要阻力来源于土壤对其前进的阻碍作用,竖直方向上土壤对深松铲抬升作用的阻碍作用也是深松阻力的重要来源之一,双翼深松铲侧方向上的受力非常小;在深松速度0.4～1.2 m/s与深松深度220～300 mm时,深松速度和深松深度对双翼深松铲前进方向的受力均有较大的影响,随着深松深度和速度的不断增加,前进方向的阻力不断增大;深松深度对双翼深松铲竖直方向的受力有较大影响,竖直方向的受力随着深松深度的增加而变大,而深松速度对双翼深松铲竖直方向的受力基本没有影响。     

分段式分层深松后铲设计与试验

垄作秸秆还田条件下,为降低底层土壤扰动量,提高表层秸秆扰动入垄沟量,设计一种分段式分层深松后铲。分段式分层深松后铲下段铲柄为圆弧形,通过滑推分析和铲柄与秸秆相互作用力学分析设计上段铲柄。为验证设计合理性,应用EDEM软件分析所设计分层深松铲与普通分层深松铲对于底层土壤和表层秸秆扰动规律。通过分析分层深松对于土壤与秸秆扰动位移确定试验因素,运用4因素3水平正交试验方法,以前铲铲尖类型、后铲铲尖类型、前后铲间距和前进速度为影响因素,以底层土壤扰动率和秸秆入垄沟率为评价指标,对设计分层深松铲作田间优化试验。结果表明,前铲铲尖为双翼型、后铲铲尖为凿型、前后铲间距为300 mm、前进速度为3km·h-1时设计分层深松铲作业效果最优。优化设计分层深松铲与普通分层深松铲田间性能对比试验结果表明,优化设计分层深松铲整体性能更优,满足垄作秸秆还田条件下耕作要求,可为分层深松铲设计与优化提供借鉴。     

苏打盐碱地深松铲阻力测量

针对东北苏打盐碱地土壤的理化性状,利用田间机械动力学参数遥测仪,选取深松深、作业速度、深松铲型为试验因素,以作业阻力为试验指标,利用Design Expert软件进行数据分析,测定3种深松铲在不同作业状态下的阻力。结果表明:各因素对作业阻力影响程度由大到小为深松深>作业速度>深松铲型,并且以深松深35 cm、作业速度0.83 m/s的凿式深松铲的作业阻力最小。     

深松铲耕作土壤的建模与仿真分析

深松耕作是一种改善土壤结构、增产增收、实现农业科学发展的保护性耕作技术,目前深松铲还存在一定的优化改进空间。基于有限元/光滑粒子流体动力学(finite element/smoothed particle hydrodynamics,简称FE/SPH)利用ANSYS/LS-Prepost建立深松铲破坏土壤的仿真分析模型,并对仿真结果进行分析。结果表明,在深松过程中,土壤会受到较大的应力,但该应力会在短时间内变小;在正常的工作情况下,深松模型的动能是守恒的,外界牵引力提供的能量主要转化为土壤粒子的内能;深松过后,深松铲经过的位置土壤粒子密度大大降低,土壤变得松软。分析结果可为后续深松铲的优化设计提供理论依据。     

基于离散元法的双翼深松铲耕作行为的仿真分析

分析双翼深松铲耕作行为是探究双翼深松铲耕作机理和优化深松效果的前提。本文采用离散元法建立了双翼深松铲的耕作模型,分析了深松过程中土壤扰动、土壤运动及双翼深松铲的受力情况。结果表明：在双翼深松铲的工作过程中,各层的扰动程度从大到小依次为耕作层、犁底层和心土层;双翼深松铲对土壤的扰动呈“扇形”分布,对土壤的扰动作用主要体现在土壤抬升、土壤的破碎和不同层土壤的混合等方面,犁底层与耕作层的混合程度大于犁底层与心土层;土壤颗粒最大运动速度下各方向数值从大到小依次为z方向、x方向、y方向;双翼深松铲在0.8 m/s耕作速度、300 mm工作深度的工况下,其土壤扰动系数为63.9%,土壤膨松度为11.1%,地表平整度为22.43 mm;双翼深松铲受到的阻力主要来源于土壤对深松铲前进的阻碍作用,双翼深松铲向上抬升土壤也受到了一定的阻力,土壤对双翼深松铲的侧面挤压作用力较小。     

1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机的设计

为解决机械式深松机在作业中存在的牵引阻力大、松土效果差等问题,研制1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机;介绍1sz-180型双排深松铲逆向振动深松机的整机结构、工作原理及主要工作部件的设计。     

基于EDEM-RecurDyn的自激式振动深松铲耦合仿真研究

为探究自激式振动深松作业新的仿真研究方法,通过动力学仿真软件RecurDyn和离散元仿真软件EDEM对自激式振动深松过程进行联合仿真分析。以耕作阻力为评价指标,耕作深度、牵引速度和弹簧刚度为变量,设计3因素3水平响应面分析和优化试验。结果表明,牵引速度为3 km·h^-1、耕作深度为350 mm和弹簧刚度为300 N·mm^-1时,深松铲最大入土角为26.39°,弹簧振动频率为3.84～6.25 Hz,弹簧对耕作阻力有明显缓冲作用;自激式深松铲参数耕作深度为301 mm、速度为2.6 km·h^-1、弹簧刚度115 N·mm^-1时,以最小耕作阻力为评价指标的作业效果最优。EDEM-RecurDyn联合仿真为自激式振动深松铲的优化设计提供新方法。     

国内外深松铲研究现状与展望

深松技术是保护性耕作重要技术之一,深松铲技术标志着深松技术水平。近年来随着我国逐渐实施农田保护性耕作,深松技术的研究及深松铲的研制已经受到科研领域的重视,且得到了一定的发展。本文主要介绍了现有深松铲的类型、特点、松土原理及影响因素,阐述了国内外深松铲研究过程中所使用的方法及研究进展,分析了新型弧状深松铲深松机的理论及优化,提出了有关国内深松机发展过程中需要改进的建议。     

深松耕作仿生减阻技术研究

<正>深松可以打破犁底层,使耕作层变厚,增加了土壤的通透性和肥力,提高了蓄水保墒能力,同时扩大了作物的根系发展空间,可在一定程度上增加作物的产量,实现农业可持续发展。然而在深松铲耕作中有些关键技术难题一直未能得到很好的解决,如过大的深松铲耕作阻力等。阻力大必将导致能耗升高,使农业生产成本显著增加,同时,也阻碍深松耕作模式的进一步推广应用。因此,如何降低深松铲的耕作阻力,节能降耗,促进深松耕作模式的推广应用已经成为当前农业耕作机械领域亟待解决的一项重要难题。     

基于DEM-MBD耦合预破土组合深松铲仿真研究

为了研究在振动深松条件下深松铲预破土对深松碎土的作用效果,利用DEM-MBD耦合技术对振动深松时深松铲和土壤颗粒之间的相互作用进行模拟研究.在试验台模型及连接不改变的条件下,探讨不同破土器半径大小以及安装位置与土壤颗粒的扰动情况,采用土壤扰动云图和运动副采集力来量化深松效果.仿真试验结果表明,在振幅振频条件相同、前进速度0.4 m/s时,破土器圆内弧半径150 mm,安装位置在3号组位的土壤扰动较好,深松效果较好;带有圆弧形破土器的深松铲对深松减阻具有显著作用,可以减少耕作阻力.该研究对研制结构简单、深松减阻高效的深松机具设备提供了理论依据,也为不同土质深松作业研究提供了一种有效的计算方法.