基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

基于穿山甲前足的三七仿生挖掘铲设计与试验

针对三七收获作业时挖掘铲存在挖掘阻力大和能耗高等问题,以穿山甲前足爪趾为仿生原型,设计了一款高效减阻仿生挖掘铲。以三七根茎及种植土壤为研究对象,计算得本征物理参数,设置 Bonding 键参数建立三七根茎离散元模型,分析根土黏结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR 建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;通过三维扫描获取穿山甲爪趾点云模型,并运用Solidworks建立仿生挖掘铲三维模型,根据爪趾三维模型设计仿生挖掘铲外形结构;对挖掘铲铲尖与铲柄进行力学分析,确定影响作业质量的设计参数;基于EDEM离散元法建立部件-土壤-作物多元仿真模型,以土壤颗粒速度矢量、土壤扰动率及挖掘阻力为评价指标进行仿真试验,得到不同指标的影响规律;通过台架试验验证仿生挖掘铲作业性能,获取仿生挖掘铲和平面挖掘铲平均挖掘阻力分别为1 171.69、1 442.36 N,平均减阻率为18.81%,台架与仿真试验结果基本一致。试验结果表明仿生挖掘铲具有良好减阻降耗特性,仿生结构设计合理,能满足酸性红土条件下三七收获挖掘作业。     

宁前胡仿生挖掘铲设计与试验

针对宁前胡采挖过程中挖掘阻力大的问题,以鲨鱼背鳍为研究对象,并结合农艺要求,设计了一款宁前胡仿生挖掘铲;根据摩尔-库仑理论中土体应力分析,当选用鲨鱼背鳍结构作为仿生铲的凸起结构时,土壤更易达到破裂状态;通过三维扫描仪扫描鲨鱼标本,获取鲨鱼背鳍三维模型,根据背鳍三维模型确定仿生铲的凸起结构,并通过NX12.0创建仿生挖掘铲三维模型;利用三维扫描仪获得宁前胡根茎外形轮廓特征,创建宁前胡根茎的离散元模型,并选用Hertz-Mindlin with JKR建立宁前胡根茎-土壤离散元复合模型;通过离散元仿真对比试验,得出X、Y、Z方向颗粒位移和挖掘阻力的平均值,分析挖掘铲的减阻机理,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小14.37%;通过开展土槽试验,对比根茎挖掘效果,与仿真试验中得出的宁前胡根茎在仿生挖掘铲挖掘后,根茎在X、Y、Z方向上有更好的位移表现,仿生铲和平面铲的挖掘阻力平均值分别为1 342.28、1 622.73 N,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小17.28%,与仿真试验得出的减阻率十分接近,满足宁前胡采挖过程中的减阻要求。     

三七收获机挖掘铲减阻特性分析与试验

针对丘陵山区三七机械化收获挖掘阻力大和根茎损伤率高的问题,以不同铲型挖掘铲为研究对象,开展三七收获机挖掘铲作业机理与参数优化对比试验。通过理论分析与力学计算,确定各铲型挖掘铲主要结构参数,并通过Solidworks建立挖掘铲三维模型。开展4种铲型挖掘铲的位移流向仿真对比试验,追踪根茎颗粒和土壤颗粒空间运动轨迹,获得三轴位移分部,表明野猪头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲面通过改变土壤颗粒流动方向,从而降低挖掘阻力。利用Design-Expert 13软件,以挖掘铲铲长、铲宽和铲刃倾角为试验因素,以挖掘阻力为试验指标进行组合试验,得到最优作业参数组合为：铲长354mm、铲宽40mm、铲刃倾角70°,在该组合下平均挖掘阻力为439.75N。开展高速摄影试验,获取三七根茎和土壤运动轨迹,结果表明三七根茎和土壤颗粒运动趋势与仿真试验一致,验证离散元模型可靠性。搭建试验台架,以入土角、铲片间距和挖掘速度作为试验因素,以挖掘阻力作为试验指标进行正交试验,得到不同工作参数对挖掘阻力影响的主次顺序为入土角、铲片间距、挖掘速度,最优工作参数组合为入土角15°、铲片间距80mm、挖掘速度0.4m/s。综合评估挖掘铲减黏降阻性能,仿生式挖掘铲作业效果最优。     

防风仿生挖掘铲的设计与试验

针对河北一年生栽种防风采收过程中挖掘装置挖掘阻力大、碎土能力差等问题,设计了一种防风仿生挖掘铲。结合仿生学原理,采用高精度三维扫描技术对鼹鼠前爪最长的第3趾进行仿生数据采集,运用Imageware逆向设计软件对第3趾点云数据进行处理,以获取轮廓曲线点云数据,并经MatLab软件进行数据拟合得到仿生铲结构曲线。根据根茎类中药材挖掘铲设计原则及栽种防风农艺要求,确定仿生铲关键性能参数,并建立三维模型。利用EDEM离散元仿真分析软件从减阻性能、碎土性能两方面对仿生铲和普通铲的挖掘性能进行对比分析,结果表明：同一仿真条件下,仿生铲减阻率为12.50%,碎土率提升2.92%。通过土槽试验验证仿生铲的挖掘性能及离散元仿真模型的准确性,结果表明：仿生铲减阻率为13.42%,实测值与仿真值相对误差为6.86%,仿生铲具有较好的减阻和碎土性能,所构建离散元仿真模型准确程度较高。     

板蓝根收获机挖掘铲的设计与有限元仿真分析

为解决板蓝根收获机在作业过程中存在挖掘阻力大、铲面易壅土的问题,依据板蓝根自身特性及种植农艺要求,设计了4UD-600型板蓝根收获机,其作业幅宽600mm,最大挖掘深度为500mm,可一次完成板蓝根的挖掘、土药分离和成条侧出铺放.阐述了收获机的工作原理,对其挖掘铲进行了设计和主要参数的计算,并利用SolidWorks软...     

基于ANSYS的挖掘铲静力分析

挖掘铲的性能和质量直接影响挖掘部件的作业效果。以两种常见的挖掘铲为研究对象,对其进行初步的受力分析,模拟田间作业状态,并利用ANSYS软件进行有限元分析。通过分析不同条件下挖掘铲所受应力的变化情况,优化挖掘铲的设计参数。     

马铃薯挖掘铲仿生减阻技术研究概况

本文介绍了仿生技术在农业机械触土部件设计中的应用现状,在此基础上,重点分析了仿生技术在马铃薯挖掘铲设计中的应用概况,并对马铃薯仿生减阻挖掘技术内容进行了概述,通过上述分析,对我国甘薯、木薯等薯类收获机挖掘铲的设计提供参考。      

仿生深松铲结构设计与有限元分析

深松技术是旱地保护性耕作体系中的重要技术措施之一,高效节能是深松技术的发展方向。深松铲所受阻力是深松耕作的主要阻力来源。通过对金龟子和家鼠的足趾结构的研究,设计了一种新型的深松铲结构。结合四川的土壤条件,采用Drucker-Prager模型,利用有限元分析软件Abaqus对深松工艺数值仿真。在20℃常温和23°切削角的条件下,与JB/T 9788-1999深松铲比较,新型深松铲土壤应力分布和土壤扰动轮廓一致,深松铲所受土壤的反作用力减小,在相同前进速度和耕作深度的情况下,功率消耗降低了20.6%。     

马铃薯收获过程中土壤与挖掘铲相互作用的有限元分析

针对传统马铃薯挖掘铲试验研究花费大、周期长的问题,采用三维弹塑性有限元分析方法,分别计算出挖掘铲铲面倾角为5°,10°,15°,20°时土壤的变形和应力;依据作用力与反作用力相等的原理,得出挖掘铲在采用不同铲面倾角时所受的土壤阻力.通过计算结果对比,得出牵引阻力和铲面倾角之间的数学模型,为今后挖掘铲的设计、阻力降低和效率提高提供理论依据.     

推土铲仿生分析与可视化设计

为解决推土铲工作时土壤粘附和阻力大的问题,从仿生学的角度对推土铲的曲面构形进行了分析,设计了主要的结构参数,按照仿生学分析的结果,建立了推土铲计算机辅助分析系统,运用计算机可视化技术设计推土铲的曲面形状,设计结果与实际使用的推土铲结构参数一致。     

木薯收获机多阶挖掘铲设计及其力学特性分析

基于土壤的碎裂理论,参考薯类等块根类收获挖掘铲设计出了多阶挖掘铲。此挖掘铲轮廓呈弓形,有利于铲在土壤中运动;铲板增添纵向铲刃以增强铲板对土壤的剪切。将其与普通平面铲牵引阻力做对比分析,得出入土倾角取30°较合理,牵引阻力降低6.93%;分析铲板宽度与牵引阻力关系,得出铲板宽度取10~15cm较适宜。通过有限元分析其静力学性能,旨在为进一步的木薯收获机械挖掘铲设计提供参考。     

木薯收获机挖掘铲的受力分析与优化

挖掘铲的受力情况直接影响挖掘机的工作效果及寿命,挖掘铲面角度是影响挖掘铲受力的主要因素。为此,对木薯收获机挖掘铲在达到挖掘深度进行挖掘木薯的过程进行受力分析,并利用ANSYS软件对铲面角度进行优化,得出在一定的挖掘深度下受力最小的大铲面和小铲面的最佳角度,为挖掘铲的结构优化设计提供理论依据。     

马铃薯收获机挖掘铲有限元静力学分析

针对2种结构的马铃薯挖掘铲,采用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析,挖掘铲有限元模型根据其安装位置和材料建立,载荷为土壤加载到铲面的张向力,通过求解挖掘铲的变形和应力分布,进行强度校核,根据分析结果选择出性能更好的挖掘铲,为挖掘铲的设计提供理论依据。     

马铃薯仿生挖掘铲片及其减阻特性研究

设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,研究其在土壤运动过程中的减阻性能。运用仿生手段对蝼蛄前爪第一趾进行仿生信息的提取,设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,利用EDEM对挖掘铲片进行挖掘土壤过程仿真。在EDEM仿真过程中,根据铲片对土壤的扰动情况分析可知:仿生挖掘铲片对土壤应力较分散,铲面具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力为118.212N;普通挖掘铲片对土壤应力较集中,铲面不具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力值为159.508N;仿生挖掘铲片较普通挖掘铲片所受平均阻力减小近35%,仿生挖掘铲更具优良的挖掘性能。     

仿生扇贝花生挖掘铲的设计与试验

农机挖掘部件作为重要的耐磨部件,其耐磨性能的好坏关系到收获机械的使用寿命及能耗的高低。在挖掘部件的结构优化设计中,仿生学在提高农机挖掘部件性能上提供了新的设计思路。为此,通过扇贝壳轮廓曲线拟合,研制出一种仿生扇贝挖掘铲。基于EDEM仿真软件,对仿生挖掘铲和普通挖掘铲进行运动仿真分析,结果表明：在0.4、0.6、0.8m/s 3种不同运动速度下,仿生挖掘铲受力明显小于普通挖掘铲,其减阻性能较普通挖掘铲可提高5%～7%;对比两种挖掘铲造成的土壤颗粒运动变化,仿生挖掘铲对土壤颗粒的速度变化影响较小,分布更为均匀。     

三七收获机组合式挖掘铲减阻效果研究——基于EDEM

针对三七的特殊农艺及三七机械化收获阻力大的特点,设计了一种由二阶平面铲和土壤破碎铲组合的三七收获机组合式挖掘铲。采用EDEM离散元仿真软件对两种铲关键部件进行了工作阻力的比较,仿真结果表明:工作速度分别为0.5、0.7、0.9m/s时,挖掘深度分别为100、150、200mm条件下,组合式挖掘铲的水平与垂直阻力皆小于传统挖掘铲,表面组合式挖掘铲在降低工作阻力有着更好的性能。该研究旨在为三七及其他块茎类作物挖掘铲的设计提供技术参考。     

花生收获挖掘铲设计及优化

为提高平顶山丘陵地区的花生收获质量及效率,设计了一种结构简单、破土及碎土性能良好的花生收获挖掘铲,并对其主要参数进行优化分析。分析结果:vm=0.64 m/s,δ=120°,l=0.45 m,h=0.2 m,b=0.5 m,θ=15°。研究结论为提高花生收获质量及效率奠定理论基础。      

滩涂文蛤收获机挖掘铲的设计与分析

滩涂文蛤具有很高的营养价值,而其采收多采用人工采集,劳动强度大,采收效率低。本设计为一种新型的文蛤收获机,作业宽度1 000mm,挖掘深度100~150mm,适合滩涂文蛤等贝类的采收。为研究机器在收获中遇到的阻力影响,对挖掘铲进行动力学分析设计,并通过受力分析构建工作阻力力学模型。同时,对挖掘铲进行静力学分析,添加载荷及约束,对挖掘铲进行有限元分析,得到挖掘铲的变形、应力及应变云图。计算结果与挖掘铲的材料性能对比,验证了设计的合理性。     

马铃薯挖掘机挖掘铲的设计

介绍了适合不同地区、不同作业条件下的块茎类挖掘机挖掘铲的具体参数,讨论了不同参数对马铃薯挖掘机的影响。确定了挖掘铲主要技术参数。