斜置旋耕刀侧切刃曲线的理论研究

在对斜置旋耕动力学分析的基础上，推导出斜置旋耕刀侧切刃动态滑动条件，给出了侧切刃动态滑切角的定义和计算公式，以及计算实例。对比了国际耕刀正置和斜置时的动、静态滑动切角。把斜置旋耕刀的动态滑切角与侧切刃曲线统一于黎卡提（Riccati)微分方程中。该方程对斜置旋耕刀的计算机辅助设计有重要意义。     

旋耕弯刀侧切刃曲线分析及新型曲线的推导

本文讨论了旋耕刀侧切刃理论,将阿基米德螺线等侧切刃曲线归纳为一个微分方程曲线集合,并指出:与该集合相比,偏心圆与正弦指数螺线更适合于作侧切刃曲线。 根据动态滑切角理论以及侧切刃入土应从刀根部向刀端部依次过渡的原理,推导出等动态滑切角侧切刃曲线与顺序入土侧切刃曲线。     

反转旋耕刀滑切角分析与计算

对反转旋耕刀滑切角的分析与计算表明：反转旋耕刀滑切角的意义及方程与正转旋耕刀相同，可以按照统一的方法描述旋耕刀滑切角的特性，并计算其大小。由于工作范围不同，反转旋耕刀滑切角是从大逐渐减小的，其变化规律与正耕刀不同。如果反旋刀入土时不能满足滑切要求，则在整个切土过程中都不满足滑切要求。在切土阶段，反转旋耕刀的动态滑切角大于正转旋耕刀，但由于反转旋耕切草类似于无支承切割以及反旋刀抛土性能差等特点，反转旋耕刀的缠草总是仍然比较突出。     

旋耕刀正切刃设计方法的研究

论述了旋耕刀正切刃的设计，推导了正切丸弯折方程，讨论了正切刃滑切角的计算，应用偏心圆方法设计了正切刃，并对有关参数进行了分析。     

垄上灭茬刀优化设计与试验

针对灭茬刀耕作阻力大、磨损严重等问题,优化设计了灭茬刀及刀辊。通过理论分析,得到影响灭茬刀耕作阻力和损伤情况的因素为灭茬刀正切刃滑切角、侧切刃滑切角和弯折角,并确定灭茬刀作业状态稳定时正切刃滑切角的取值范围为0°～16°,侧切刃滑切角的取值范围为47°～68°,弯折角的取值范围为90°～130°。在有限元软件ABAQUS中对土壤建立Drucker-Prager本构模型,并进行了灭茬刀切割土壤的运动学仿真试验,设计为三因素三水平正交试验。结果表明:影响灭茬刀作业过程中应力和应变变化的主次因素为侧切刃滑切角、弯折角、正切刃滑切角,当正切刃滑切角16°、侧切刃滑切角68°、弯折角110°时,灭茬刀的应力和应变较优,且方差分析得到各因素对应力和应变的影响均显著。田间试验结果表明:优化设计的灭茬刀较行业标准灭茬率提高9.57%,碎土率提高6.6%,灭茬深度稳定性系数提高4.2%,灭茬刀作业效果优良。     

水稻秸秆反旋深埋滑切还田刀优化设计与试验

针对水稻秸秆深埋还田时,还田刀作业功耗过高和缠草的问题,结合还田机作业过程,分析还田刀功耗过高和缠草的原因,设计了一种反旋深埋滑切还田刀。使用阿基米德螺旋线设计还田刀侧切刃,提高还田刀的滑切性能,计算并验证侧切刃曲线的动态滑切角满足土壤-秸秆滑出还田刀的条件,使用圆弧曲线设计还田刀正切面,以耕宽和正切面安装角为依据确定圆弧半径为60mm。运用离散元仿真软件EDEM进行了反旋深埋滑切还田刀与传统还田刀的仿真对照试验,结果表明反旋深埋滑切还田刀的秸秆还田率、抛土性能与传统还田刀基本一致,作业功耗降低18.19%,选取留茬高度、刀辊转速和机具前进速度为影响因素,选取作业功耗为评价指标进行正交试验设计,确定影响还田机作业功耗的因素从大到小依次为：刀辊转速、机具前进速度、留茬高度。田间试验结果表明：在土壤含水率为20%~30%,地表秸秆覆盖量为336~353g/m2,拖拉机作业速度为低速一挡（1.5km/h）,刀辊转速为250r/min时,秸秆深埋滑切还田刀作业后,平均耕深为18cm左右,秸秆还田率为87.9%~89.7%,地表平整度为2.1~3.7cm,作业指标均满足秸秆还田的农艺要求。     

宽型旋耕弯刀的设计研究

论述了宽型旋耕弯刀的设计，宽刀最好用于刀滚回转半径较大的旋耕弯刀上，其弯折角弯折半径应比普通窄刀大一起，正切面部分尽量采用内磨刃或双面磨刃，也可以用等切土角法设计。试验表明，适当加大旋耕刀宽度，有利于降低单位幅度旋耕阻力。     

正转旋耕灭茬机刀片的曲线设计

旋耕刀片是旋耕机的主要工作部件,主要由侧切刃、过渡刃和正切刃组成.刀片的形状与参数直接影响旋耕机的工作质量和功率消耗.因此,从功耗最小的角度出发,对正转旋耕灭茬机刀片上的各条刀刃曲线进行分析对比研究,得出在功耗最小时的各条刀刃理想刀片曲线,并着重分析了正切刃在功耗最小情况下的理论曲线方程,为旋耕灭茬机整机性能的提高提供了依据.     

原茬地种床整备侧向滑切清秸刀齿设计与试验

为探索原茬地播种机种床整备侧向滑切清秸刀齿对机具作业过程中秸秆缠绕度、振动强度、功率消耗和覆秸均匀度的影响,在阐述侧向清秸装置结构和工作原理基础上,对侧向滑切清秸刀齿结构及滑切面工作曲线进行了设计,确定了影响刀齿工作性能的关键结构与工作参数。应用四因素三水平正交试验方法,选取初始半径、起始滑切角、刀轴角速度和机具作业速度为影响因素,以秸秆缠绕度、振动强度、当量功耗和覆秸均匀度为评价指标,对影响机具作业性能的刀齿结构和工作参数组合进行优化分析。结果表明:在初始半径200 mm、起始滑切角30°、刀轴角速度42 rad/s、机具作业速度7. 2 km/h条件下,无秸秆缠绕,振动强度为159 m/s2,当量功耗为4. 9 k W,覆秸均匀度为0. 075。对比试验表明,优化后刀齿组合振动强度降低了46. 5%,当量功耗降低了29. 7%,工作过程中未出现机具堵塞现象。     

基于UNRBS理论的旋耕刀曲面造型

基于NURBS理论，对旋耕刀侧切刃、正切刃进行了统一的数学模型，并在VC＋＋平台上对旋耕刀刃线、刀面实施NURBS参数造型，获得了较满意的刃线、刀面形状，从而开辟了旋律刀设计途径，提高了效率。     

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.     

旋耕刀曲面典型形状的研究

给出了描述旋耕刀曲面形状特征的３个角度参数：滑切角、起土角及偏切角，对比研究了日本典型旋耕刀ＦＴ８０３及Ｙ１５１和我国国家标准旋耕刀ⅡＴ２４５的这３个角度参数值，指出了旋耕刀曲面形状对其耕作性能和功耗的影响。     

旋耕力曲面典型形状的研究

给出了描述旋耕刀曲面形状特征的３个角度参数：滑切角、起土角及偏切角，对比研究了日本典型旋耕刀ＦＴ８０３及Ｙ１５１和我国标准旋耕刀ⅡＴ２４５的这３个角度参数值，拽出了旋耕刀曲面形状对其耕作性能和功耗的影响。     

走式不分行青饲机切割器滑切角分析与计算

在对切割器进行动力学分析的基础上,给出了青饲机切割器动态切割角的定义和计算公式;详细分析了机器以不同作业速度行走时,切割器旋转1周过程中动态滑切角的变化规律,可按照统一方法描述滑切角的特性。同时,做出了动态滑切角增减量的函数曲线,该函数曲线对青饲机切割器的研究设计有重要意义,可直观看出滑切角的变化趋势,即青饲机作业速度越大,动态滑切角的变化幅度也越大。     

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...     

直刃斜装滚筒式切碎装置的运动分析

直刃斜装滚筒式切碎装置具有结构简单、切割连续、功耗小等优点,合理选择切割速度、滑切角、切割间隙等重要参数,有利于提高机器的整体性能。本文建立了数学模型简述滑切角等重要参数的理论依据和应用。     

基于离散元法的板结草地破土切根刀优化设计与试验

不同结构形式的破土切根刀作业性能差异较大,为更好的打破草地土壤板结结构,对破土切根刀进行了结构设计与参数优化。应用离散元法构建土壤模型,并通过直剪试验对该模型进行参数标定;以破土切根刀的刃口角、滑切角及切齿角为试验因素,以耕作阻力、土壤扰动失效面积及比阻为目标参数,进行单因素试验和三因素五水平二次正交旋转中心组合设计试验,得到最优结构参数组合并加工优化破土切根刀进行草地试验。参数优化试验结果显示,当刃口角为37.8°、滑切角为33.6°、切齿角为51.8°时,破土切根刀作业效果最佳;草地试验表明,与三角形破土切根刀相比,优化破土切根刀在不同坚实度草地土壤的减阻率分别为11.8%和12.8%,作业后地表平整度更小且未出现明显翻垡,更符合草地作业农艺要求。研究结果可为破土切根刀的标准化设计提供理论依据。     

基于NURBS理论的旋耕刀曲面造型

基于NURBS理论,对旋耕刀侧切刃、正切刃进行了统一的数学表达,并在VC++平台上对旋耕刀刃线、刀面实施NURBS参数造型,获得了较满意的刃线、刀面形状,从而开辟了旋耕刀设计途径,提高了效率.     

沙生灌木平茬机切割器刃口曲线的设计

通过分析沙生灌木平茬机切割器的切割方式和运动规律,提出了用等滑切角曲线方程设计刃口曲线形状的方法,以30°和53°的滑切角为参数设计制造了割刀。室内外切割对比试验表明,等滑切角曲线刃口割刀的切割效果要优于直线刃口割刀的切割效果。     

油菜机械直播机开沟浅旋装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜轻简高效生产需求及目前机具作业易出现厢面不平、碎土质量不高及“晾种”,导致油菜出苗率低的问题，设计了一种油菜机械直播机开沟浅旋装置，实现中间开畦沟，畦沟土壤抛送覆盖两侧厢面，浅旋匀土部件匀土、细碎厢面土壤及埋覆土壤和秸秆功能；基于滑切减阻原理及挤压力学理论，确定了中间开畦沟部件、清沟整形部件及浅旋匀土部件结构参数，得出中间开畦沟刀盘安装弯刀数量为4,切土节距为60 mm,清沟整形部件整形面侧面倾角为67°,前面倾角为3°,浅旋弯刀侧切刃偏心圆半径为182 mm,滑切角为42.4°;运用EDEM软件开展正交旋转组合试验，确定了螺旋匀土叶片的最佳结构参数：螺旋半径为100 mm、螺距为350 mm、螺旋头数为1,并确定了浅旋弯刀及螺旋匀土叶片结构布局；田间试验表明，当机组前进速度为7 km/h时，安装有开沟浅旋装置的油菜直播机作业后厢面平整，畦沟沟型完好，秸秆埋覆率为84.38%,碎土率为86.41%,厢面平整度为30.18 mm,畦沟沟深及沟宽稳定性均大于85%,出苗率为75.47%,油菜生长状态良好，装置作业效果满足油菜直播作业要求。