自激振动深松机减阻试验研究

为了研究在土壤深松过程中深松机产生自激振动的原因及振动减阻机理,作者应用机械振动原理和信号测试技术,借助电测仪器与设备对由1SQ-127型全方位深松机所组成的自激振动式深松机系统进行了耕深、土壤阻力以及拖拉机牵引阻力等随机信号的测试及数据处理分析。系统地研究了“拖拉机－深松机－土壤”系统的动态特性,探讨深松机减阻节能的技术途径与方法。     

振动深松试验台作业参数减阻减振优化

振动深松具有降低耕阻的作业优势,但振动对驾驶员造成的负面影响是制约其推广使用的主要因素之一。该文采用二次回归通用旋转设计,考察深松铲振频、振幅、前进速度3个工作参数与耕阻、振动2个试验指标的关系,利用Design-Expert响应面分析法,得到2个指标的回归模型,并进行优化分析。综合分析得到一组减阻减振的优化解:振幅21 mm、振频4.2 Hz、前进速度3.4 km/h,在该组工作参数下,与非振动深松相比,振动深松的耕阻最大值变化较小,耕阻最小值、平均值分别减小46.2%、16.6%。     

基于离散元法的凸圆刃式深松铲减阻效果仿真分析与试验

针对深松作业阻力大、能耗高等问题,该文在深松铲铲尖顶部设计了一种能有效减阻降耗的凸圆刃。以安装凸圆刃的凸圆刃式深松铲为研究对象,建立了土壤模型。为提高土壤模型的准确性,选用非线性粘结弹性塑形接触模型(edinburgh elasto-plastic adhesion model,EEPA),对凸圆刃式深松铲进行耕作阻力虚拟仿真。利用插件将颗粒与深松铲接触作用力导出,分析凸圆刃式深松铲应力和形变,校验其结构强度;采用EDEM软件分析不同耕深和速度对深松耕作阻力的影响,并以国标深松铲为比较对象,分析了凸圆刃式深松铲的减阻效果;通过田间试验验证了土壤模型和凸圆刃式深松铲设计的准确性和可行性。田间试验结果表明,与国标深松铲相比,凸圆刃式深松铲耕作阻力平均降低了10.24%。仿真结果与实测值较为接近,数值误差在3%～10%,证明土壤模型基本符合土壤的力学特性,能近似代替真实的土壤环境。该研究证明了采用离散元法分析深松耕作阻力可行性,可为进一步优化深松铲结构提供参考。     

液压激振源自激振动深松机深松单体设计与试验

针对弹簧激振源的自激振动深松机在土壤阻力差异大的不同地块作业时存在适应性差、自激振动易失效的问题,该文提出了液压激振源的新型自激振动深松方法,设计了液压激振源深松单体。通过建立深松铲力学和运动学模型,确定了液压缸的关键结构参数;设计了压力调节系统,可实现液压缸压力快速调节;利用二次回归通用旋转组合试验方法,以耕深变异系数、牵引力为评价指标,探究了液压缸压力、前进速度、土壤坚实度对液压激振源深松单体作业效果的影响规律;获得了耕深变异系数、牵引力为响应值的回归模型,求解出耕深变异系数、牵引力同时较小时对应的参数组合为液压缸压力3.6 MPa、作业速度1.4 km/h、土壤坚实度1.18 MPa。利用求解出的参数组合对回归模型进行试验验证,获得的耕深变异系数为3.56%,牵引力为1 300.70 kN,优于二次回归通用旋转组合试验结果,证明了回归模型的可靠性。该研究可为自激振动深松机具的研究提供理论参考。     

振动深松机多组振动深松铲自平衡性能及仿真分析

振动深松具有减阻的优势,但振动对拖拉机及驾驶员的不利影响制约其推广,该文对振动深松机多组振动深松铲进行自平衡性能分析。在优化试验中,多组深松铲振动作业时的剧烈振动易造成试验设备损坏,仿真试验可避免危险工作环境下的实车试验。对拖拉机-振动深松机系统进行受力分析,并基于ADAMS建立其仿真模型,建模过程包括导入三维模型、定义轮胎与地面之间接触力和摩擦力等。理论与仿真分析相互验证,得到拖拉机后轮所受支持力均值分别为27.8、26.4 kN,误差为1.4 kN,并且二者主振动曲线变化趋势一致。采用加权加速度均方根值评价振动对驾驶员的影响。通过MATLAB编程,利用功率谱密度函数,计算得到驾驶座质心总加权加速度均方根值。利用Design-Expert软件设计试验并优化得到6组振动影响较小的四组振动松土铲作业初始相位角组合,减振比率超过90%,实现了振动深松机作业时的自平衡。     

保护性耕作条件下的深松技术试验（简报）

针对立柱式深松机在作业过程中存在的缠绕堵塞、牵引阻力大等问题,该研究提出在原深松铲前方加装一个松土铲或圆盘刀两套研究解决方案,研制了机具,并进行了田间对比试验研究。试验结果表明,带圆盘刀式深松机性能较好,相比立柱式深松机和带松土铲深松机,牵引阻力、油耗及松土沟的沟宽都有所降低;对作物残茬和杂草切割效果明显。带圆盘刀式深松机能有效地抑制作业后土壤水分的蒸发,可广泛用于秸秆覆盖条件下的深松作业。     

深松旋耕碎土联合整地机设计与试验

为减少耕作阻力、改善土壤耕层结构、提高碎土率,该文对联合整地机的深松部件、碎土机构进行设计,设计了入土角度可控的自激振动深松铲,并建立了自激振动深松铲的运动学模型和力学模型,确定弹簧行程为15mm、负载为7 500～15 000 N,并确定了弹簧的结构参数。设计了具有二次碎土功能的笼状碎土辊,并依据农艺要求确定了其结构参数。通过室内土槽试验,验证了自激振动深松铲的减阻效果和耕作质量,并对整机的作业质量进行了田间测试。土槽试验结果表明:与对照相比,自激振动深松铲平均减阻9.22%,土壤蓬松度和土壤扰动系数分别为26.16%和77.21%,减阻效果明显,作业效果较好。田间试验结果表明:联合整地机的深松深度稳定系数、旋耕深度稳定系数、地表平整度和植被覆盖率分别为94.92%、92.50%、1.17 cm和93.36%;笼状碎土辊在整个试验过程中未出现土壤粘附和拥堵现象,碎土率为84.18%,加装普通齿状碎土辊机具的碎土率为71.41%,笼状碎土辊的碎土率提高了12.77个百分点,碎土效果明显改善。深松旋耕碎土联合整地机减阻效果明显、整地质量好,可有效改善土壤的耕层结构,降低土壤容重,提高蓄水保墒能力。     

海南热区香蕉地预破土凿式深松机设计与试验

针对海南热带农业区香蕉地现有深松机具匮乏、松土质量差等问题,该研究研制了一款预破土凿式深松机,首先确定整机深松方式,并采用三维建模方法建立深松机整体模型;进一步确定了深松机的整体结构与工作原理,并设计阐述了深松机的关键结构参数。基于田间试验,对深松作业后的土壤坚实度及土壤容重进行测定,确定了前进速度、深松深度、破土刃入土深度为对土壤坚实度及土壤容重有显著影响效果的因素。进一步以土壤坚实度及土壤容重为响应值,基于Box-Behnken设计试验得到响应值与显著性参数的二阶回归模型,并针对显著性参数进行寻优,得到最佳组合:前进速度为1.15 m/s、深松深度为350 mm、破土刃入土深度为250mm。在标定的最优参数下进行的田间验证试验结果表明,土壤坚实度为752 Pa,土壤容重为1.48 g/cm³,与预测值(734 Pa、1.42 g/cm³)之间的误差分别为2.4%、4.2%,验证了分析的可信性。最后通过与现有传统深松机具开展的对比试验得出:相较于传统深松机具,预破土凿式深松机作业后,土壤坚实度下降6.39%,土壤容重下降9.76%,进一步证...     

受迫振动深松机性能参数优化与试验

为解决目前深松作业机具耕作阻力大、深松深度不稳定、耕作质量不高的问题,该文采用振动减阻原理设计研制了受迫振动深松机。通过分析深松铲的结构和运动过程,建立深松铲的数学模型;确定影响深松牵引阻力的参数;采用正交试验方法得出影响受迫振动参数的最优组合:前进速度2 km/h,振动频率为10 Hz,振动角度为12°。为了验证性能参数最优组合的正确性,开展了受迫振动深松机性能参数检测试验。试验结果表明:振动深松前后,土壤各土层容重均下降,表层土下降达21.74%;在15~25 cm土层含水率增加16.02%;深松后地表平整,耕深稳定变异系数为7.37%,稳定性系数92.63%,振动深松作业后测得土壤扰动系数为57.11%,土壤蓬松度为36.96%,土壤蓬松度和扰动系数均达测试指标的要求。采用受迫振动能使振动深松机显著降低牵引阻力9.09%,减阻效果明显。该研究对深松机振动特性分析与性能参数设计提供了参考。     

基于气压劈裂原理的气压深松效果试验

针对传统深松方式存在深松影响范围小、程度不均匀、能耗大的问题,该文基于气压劈裂原理与技术,提出了一种新的旱作耕地深松方式-气压深松,即向耕地土壤中注入高压气体,利用气压劈裂原理与技术使土壤内形成裂隙从而实现土壤深松的新方式。并以土壤孔隙度、土壤孔隙度提升率和土面抬升量为评价指标,通过模拟试验,研究分析气压深松方式的效果得出:气压深松使土壤中空气的比例增大、土壤体积膨胀、土面抬升,高压气体在土壤内部形成裂隙,土壤孔隙度大面积变大。表明气压深松可有效打破犁底层,具有良好的深松效果。另外,气压深松与传统的铲式深松相比,具有深松影响范围大、深松程度高、深松均匀等特点。     

振动式蓝莓采摘的机理分析与仿真

为改变中国蓝莓人工采摘状况,实现高丛蓝莓的机械化采摘,该文研究了高丛蓝莓的采摘机理,并对所建立的数学模型进行仿真分析。首先分析蓝莓振动采摘机理,建立蓝莓植株采摘物理模型,推导得出动力学方程,采用数学物理微分方程求解得到蓝莓树枝稳态受迫振动输出解及采摘惯性力。运用MATLAB软件仿真分析蓝莓树枝稳态受迫振动时域仿真曲线及采摘力幅频特性仿真曲线,并进行了蓝莓采摘试验,试验数据与仿真结果一致：仿真结果满足蓝莓采摘条件的采摘频率为14～16rad/s,较优的采摘频率为15rad/s,该频率下的采摘效率为913颗/min,采摘生果率为2.99%,采摘果实损坏率为2.86%,未采净率为3.17%,机采人采效率比为10.14。研究结果可为高丛蓝莓采摘机的研制提供参考。     

振动式枸杞采摘机理仿真分析与样机试验

为了实现枸杞机械化采摘,该文研究了枸杞振动采摘机理,并建立振动采摘力学模型,分析求解得到枸杞挂果枝条受迫振动时各节点处枸杞和花朵所受惯性力的通解。运用MATLAB对振动式枸杞采摘机工作参数进行优化和仿真试验,优化得到合理的迫振载荷和驱动轮转速组合,仿真试验得到受迫振动枸杞挂果枝条各节点处枸杞与花朵所受采摘惯性力随转速变化规律仿真曲线,对转速取值进行调整。最后进行了枸杞采摘试验,试验得到合理的驱动轮转速为2 870 r/min,该转速水平在仿真得到的合理的转速区间为2 868.84~2 871.21 r/min。试验转速为2870 r/min时,成熟枸杞采摘效率为815颗/min,成熟枸杞采净率为86.70%,未成熟枸杞采摘率为7.36%,花朵采摘率为7.43%,成熟枸杞损伤率为8.62%,机采人采效率比为5.43,试验结果与仿真结论一致。研究结果可为枸杞振动采摘机的研制提供参考。     

立柱式深松铲受力数学模型及试验分析

为优化深松铲的结构参数,对立柱式深松铲进行受力分析,并建立工作状态的受力数学模型,通过改变参数研究其受力状况的变化,找出各个参数对工作阻力的影响程度,优化深松铲的设计参数。通过田间试验,对受力数学模型进行了验证,结果表明,影响其工作阻力的主要参数是耕作深度、深松铲起土角、铲柄工作宽度及前进速度。该数学模型与深松铲的受力状况基本相符。     

基于遗传算法的山区微型播种施肥机减振优化设计

针对山区以汽油发动机为动力的微型播种施肥机振动大难以操作的问题,提出了一种降低振动的方法。文中首先建立了五自由度播种施肥机数学模型,运用Matlab软件构建了仿真模型并对其进行了振动分析;其次建立了以垂直振动加速度和俯仰角加速度为指标的多目标优化数学模型,运用遗传算法进行了优化设计,优化后播种机机架处垂直振动加速度均方根值减少32.9%,俯仰角加速度均方根值减少37.6%;在此基础上,重新设计了播种施肥机的履带、减振器和橡胶垫等结构部件;最后对改进后的播种施肥机进行田间试验,对比改进前的振动测试数值可得:改进后的微型播种施肥机垂直振动均方根值在发动机安装处、机架处和把手处均显著降低,其中机架处降低28.31%,验证了优化结果的正确性。该方法也为同类产品的减振提供了方法。     

果园链索系统横向运动共振条件及频率分析(英文)

为抑制果园链索货运系统的横向振动,需要预测振动频率特性的影响因素及其关联性。基于弦线理论和链传动特性,建立了拉普拉斯域内的横向振动微分方程,得到了系统运行的临界速度。对托索轮与链环之间的多边形效应进行了研究,确定了共振响应的行进速度条件。通过偏微分方程的数值求解,分析了链索初始张力、行进速度和载重质量对链索横向振动频率的影响关系,并进行了试验验证。试验条件下,行进速度、载重质量和张紧力的实际频率值与数值求解值的相对误差范围分别为1.4%~27.6%,6.1%~14.2%和14.7%~24.3%。结果表明系统一阶固有振动频率与张紧力正相关,与行进速度、载重质量负相关,所提出的模型能预测链索系统的运行参数对横向振动频率的影响。该研究为系统运行参数的优化提供了设计参考,并为链索货运系统受风雨激励影响和稳定性控制的研究提供了理论基础。