基于振动减阻的深松机自激振动装置设计与研究

长期的浅层旋耕导致现有耕地犁地层质地坚硬,不利于土壤保水保墒.深松机耕深普遍大于35 cm,能够打破犁底层,但是能耗较大,对其进行减阻降耗研究具有重要意义.本研究基于振动减阻原理,利用深松机作业过程中阻力变化产生自激振动,设计了一种适合丘陵作业的小型自激振动装置,该装置由机架、振动元件、导向装置、深松铲等组成.试验结果...     

基于DEM-MBD耦合算法的自激振动深松机仿真分析

自激振动深松机的设计主要采用田间试验及理论分析方法,但田间试验成本高、周期长,同时理论分析尚不具备完整准确的解析解。为提高该类机具的设计效率,保证设计结果的准确性和可靠性,本文在课题组研制的Agri-DEM软件平台上,添加了离散元法（DEM）与多体动力学（MBD）耦合算法,然后利用该算法对自激振动深松单体作业过程进行仿真分析。耦合算法中,采用MBD方法建立了台车-深松机-悬挂架-土壤的系统动力学模型,包括7个活动刚体、1个滑移铰、7个转动铰、1个滑移驱动、1个弹簧力约束和1个阻尼约束,同时利用广义坐标分块算法将系统微分代数方程组转化为微分方程组,并通过亚当斯-莫尔顿校正算法进行积分,求解获得各刚体的运动学参数和动力学参数;采用DEM方法建立了耕作土壤的离散元模型,考虑土壤颗粒的黏附力,提出一种适合于土壤等湿颗粒间的接触力学模型——湿颗粒模型,模型参数通过试凑法确定。对模型进行深松铲的动力学响应分析、弹簧及牵引力动力学响应分析和土壤扰动过程分析,仿真结果表明：土槽台车前进速度为0.5m/s时,机具牵引力周期性变化的区间为-331.06~1492.75N,最大牵引力为1492.75N;深松铲的入土角周期性变化的区间为0~-0.11rad,在高度方向上铲柄质心的变化区间为-400.33~-581.37mm;激振弹簧受载也呈周期性变化,变化区间为2623~-2231N;深松铲铲尖部位抬升土壤,土壤颗粒扰动量在铲尖区域最大,并沿深松铲前进方向和侧向依次递减。仿真结果直观的呈现了自激振动深松机的作业过程及土壤颗粒的运动情况,定性的解释了自激振动深松机的减阻机理。本文添加的DEM-MBD耦合算法,为自激振动深松机工作过程分析和优化设计提供了一种新方法。     

自激振动深松对土壤物理特性的影响

连年的浅层翻、旋耕作业及大型农业机械的应用,使得新疆土壤形成了一层又硬又厚的犁底层,进而影响土壤质量和作物产量。为了打破犁底层、改善新疆地区土壤质量、提高自然降水的利用率,以非振动深松作为参照试验组,针对3种不同参数弹簧的自激振动深松方式进行深松试验。结果表明:相较于非振动深松,弹簧Ⅲ耕作后15~30cm耕层坚实度下降17.44%,0~15cm耕层坚实度下降20.17%,弹簧Ⅱ耕后0~15cm耕层坚实度下降23.24%,15~30cm耕层坚实度下降10.09%;在0~15cm耕层,弹簧Ⅲ相较于非振动,土壤密度下降6.02%,在15~30cm耕层为16.29%;弹簧Ⅲ相较于非振动情况,在0~15cm耕层和15~30cm耕层,土壤容重下降依次为4.11%和13.73%;弹簧Ⅱ相较于非振动情况,在0~15cm耕层和15~30cm耕层,土壤容重下降依次为2.05%和7.84%;弹簧Ⅰ与非振动对各耕层土壤容重相差不大,30~45cm的深层土壤自激振动和非振动情况对于土壤密度减小效果相差不大,深层深松时,由于牵引阻力增加使弹簧被完全压缩,深松效果下降。试验结果为推广自激振动深松作业方式及新疆耕作资源的合理配置提供了参考。     

振动深松机机架的有限元分析

为避免深松过程中振动深松机机架的变形损坏,对振动深松机机架进行有限元分析。采用SolidWorks对振动深松机机架进行参数化建模,通过软件接口将模型导入ANSYS Workbench,通过Static Structural模块对机架进行有限元静力分析,得到其在边界条件下的应力、应变和总变形分析云图;利用Modal模块对机架进行有限元模态分析,得到其前6阶固有频率和模态振型。分析结果表明,机架静力分析时的变形和模态分析时低阶模态的振动幅度都较小,机架的结构满足设计要求,为机架的改进设计和样机的制造提供一定的理论依据和参考。     

滑切型自激振动减阻深松装置设计与试验

针对长江中下游地区黏重土壤深松作业阻力大的问题,基于滑切和自激振动减阻的原理,设计了滑切型自激振动深松装置。对滑切型铲柄的滑切角及刃口角进行了分析及参数设计,通过有限元分析,表明铲柄强度符合设计要求,自激振动弹簧采用内外双弹簧以减小自激振动装置的结构尺寸。土槽对比试验表明,固定连接方式滑切型深松铲在各速度下相对于传统弧形深松铲减阻7. 79%～8. 81%,自激振动连接方式滑切型深松铲在各速度下相对于传统弧形深松铲减阻15. 45%～20. 05%。田间性能试验表明,深松后各深度下土壤坚实度下降显著,0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm深度下土壤坚实度分别减小78. 18%、56. 08%和62. 72%;深松后各深度下土壤容重下降14. 66%～20. 81%,土壤含水率在0～10 cm略有下降,在10～20 cm和20～30 cm略有上升;土壤扰动系数均值为60. 8%,土壤蓬松度均值为11. 9%;深松深度及其稳定性系数符合行业标准,滑切型自激振动深松装置作业质量总体满足作业要求。     

振动深松机技术经济论证

多年试验表明:保护性耕作具有保水改土、增产增收、改善生态环境的综合效益,尤其在免耕法的基础上增加深松作业,效益更为显著。虽然国内外对土地深松机械也有研究,但现在的一些深松机具质量不过关、性能差,深松深度、机械强度达不到要求,且耕作阻力大。为此,针对这些情况设计并研制了1S-3型振动深松机;通过对试验区实例进行分析、核算和论证,结果表明该机在技术上可行,机具配套合理,经济效益可观,同时社会效益也十分显著,具有推广应用价值。     

全方位深松机深松技术研究

2005年全国农机产品订货交易会日前在安徽合肥召开。从整个展会情况来看,参展的拖拉机企业很多,规模很大。2005年参展的拖拉机总数超过了1000台,达到了1122台,比2004年增长42％,拖拉机已经成为2005年全国订货会的主角之一。从本次展会的情况来看,拖拉机市场呈现这样的特点：总量增长,竞争激烈。     

全方位深松机深松技术研究

保护性耕作自实施以来，受到有关部门的重视，保护性耕作技术有利于旱作农业保水保土，增产增收、保护环境。全方位深松机深松整地技术也是保护性耕作的一个重要环节，在实施保护性耕作技术的基础上，探讨全方位深松机作业原理，分析深松机田间作业试验结果，总结出深松技术在保护性耕作中所起的作用。     

气吹式深松机整机振动试验研究

对气吹式深松机进行田间振动试验,得到气吹式深松机整机振动信号。通过对振动信号时域与频域的信号分析,确定了气吹式深松机振动的基频为9Hz,振动的主频为19Hz。此外,由于存在柴油机与空气压缩机的倍频成分,通过相干分析,确定了柴油机与空气压缩机的振动为气吹式深松机整机振动的主要振动源。研究可为下一步气吹式深松机整机动力学分析提供依据,为后续气吹式深松铲的优化改进、整机模态分析、整机的优化减阻,以及解决深松深度不平衡等问题提供参考。     

振动式深松机振动装置的设计与研究

针对皖北地区沙土土壤有效深耕等问题,把虚拟样机技术应用于农业机械中,设计了一种振动式深松机模型。首先使用CATIA和ADAMS软件建立振动式深松机的虚拟样机动力学模型;其次对其进行了多体动力学仿真,得到了振动深松铲的动态载荷曲线,确定了深松铲在工作过程中所受的载荷谱;最后根据ADAMS输出的载荷谱,利用有限元原理,在ABAQUS中建立了深松机振动装置的有限元模型,计算出深松铲在实际工作中的承受应力和应变。根据强度理论得出运用该方法设计出的振动深松铲完全可以满足强度要求。其研究结果为联合仿真技术在农业机械中的实际应用提供了参考。     

基于UG的振动深松机建模及运动分析

为优化振动式深松机的深松性能和质量,降低工作阻力和功耗,提高工作效率,在UG的建模环境中分别对振动式深松机各个部件建模,并通过约束进行装配;利用UG的高级仿真功能,对导入的模型创建连杆、运动副,添加运动约束,施加驱动;设置合理的求解方案,完成振动角β=0°、β0°、β0°的三种运动仿真分析,得出振动角β0°时更利于降耗的结论。本文对振动式深松机的耕作部件深松铲的运动规律进行分析对比,为机具减阻提供一种新的研究方法,对提高深松作业效果和作业性能提供理论依据。     

基于LABVIEW的振动深松机试验设计与分析

为了提高深松机作业过程中土壤疏松效果,降低机具的工作阻力,选用1SZ型振动式深松机,在土槽试验平台中进行了相应的振动减阻机理试验研究。首先设计了基于LABVIEW的软件测试系统,选取了扭矩、拉力、角度传感器等传感器及NI主机,基于五杆测力原理,构建了测试硬件系统,并选取机具的前进速度V0、振幅a=R s i nε和振动角β这3个主要因素进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验表明:振动角对试验结果影响最大;得出的回归方程表明:当机具前进速度0.75m/s、振动幅值为7.5mm、振动角度为-15°时,试验指标机具工作阻力达到最小值3.975k N。     

自激式振动深松整地机设计与试验

为了减小深松耕作阻力、提高深松深度的稳定性,设计了一种入土角可控的自激式振动深松整地机。通过室内土槽对比试验优化了自激式振动深松装置的弹簧参数,验证了减阻效果,并对整机作业质量进行了田间测试。土槽试验表明:弹簧的性能参数对减阻效果有显著影响,当弹簧刚度为194 N/mm时,入土角可控自激振动深松可使牵引阻力下降29.8%,自激振动条件下入土角可控较不可控牵引阻力下降8.9%;田间试验结果表明:深松整地机作业后深松深度合格率达到100%,稳定性系数达到95.49%,土壤膨松度平均值为19.34%,土壤干扰系数为56.62%;机具作业后地表平整,碎土率平均值为76.4%,通过性能良好,较好地满足了我国北方一年两熟区深松整地技术的要求。     

振动深松的试验研究

应用二次正交旋转设计的试验方法对凿式振动深松铲进行了试验研究，分析了振动深松过程中牵引阻力、功率损耗与前进速度、激振频率和振幅之间的关系，借助回归分析建立了相应的数学模型，并将振动深松与无振动深松进行了对比。研究表明，振动深松不能减少总功耗，但可大幅度地降低牵引阻力。低频大振幅对振动深松比较合适。     

深松技术及深松机具研究现状

针对以铧式犁为主的连年翻耕的传统耕作制度,引起的各种弊端,提出土的传统耕作制度,引起的各种弊端,提出土壤深松技术,分析了深松机具的现状。     

深松机及深松改土实践

本文作者作为深松机的主要设计人,比较详尽地介绍了黑龙江省有关科技人员多年来所进行的深松改土实践情况,并通过大量试验数据表明,省农机化所研制的IS—370/735型深松机进行超深松或全面深松在改良该省三大低产土壤——黑朽土、盐碱土、白浆土过程中效果良好,效益显著。     

全方位深松机经济效益分析

ISQ-40型全方位深松机改善和克服了传统铧式犁的耕翻方式及弊端,达到保墒蓄水适宜作物生长,进而实现增产增收的目的。以下根据试验、示范及调查数据,对照传统铧式犁,从作业成本、增产增收、投资回收期3个方面,对该机的经济效益进行分析。     

全方位深松机

全方位深松机中国农业大学东校区郑志安中国农业大学东校区（原中国农业工程大学）谷谒白教授主持研究开发的全方位深松机是具有９０年代国际先进水平的新型土壤深松机具。１９９３年获实用新型专利后,从１９９４年到１９９６年,ＩＳＱ系列全方位深松机的示范与应用地区...     

深松机系列

IS-2型/3型/5型深松机是由山西旋耕机厂和临汾市尧都区农机局共同研制的一种新型系列深松机(其主要技术数据详见表1)。该系列产品分别与东方红-75型/802型拖拉机、铁牛-55型/60型拖拉机、上海-50型拖拉机及功率为13.2kW～14.7kW的小四轮拖拉机配套使用。     

自激振动深松机关键部件仿真设计及试验

针对深松整地机存在的耕作阻力大、能耗高等问题,设计了一种自激振动深松机。基于Adams建立弹簧刚度系数分别为260N/mm和475N/mm的两种自激振动总成动力学仿真模型,得到振动频率分别为7Hz和9Hz,平均振幅分别为0.102m和0.036m,弹簧最大压缩力分别为9421N和9021N,分析发现选择直径20mm、中径80mm、刚度472N/mm的压缩弹簧具有更好的深松减阻效果。基于Ansys Workbench建立整机关键部件有限元仿真模型,对松土铲进行静力学分析,结果表明:施加5000N载荷时,最大形变为0.24169mm,最大应力为214.2MPa,满足强度要求;弹簧模态分析中,固有频率最小为69.133Hz,满足设计要求。田间试验结果表明:自激振动深松机深松深度为382mm,深松耕深稳定性系数为96.8%,地表10cm内碎土率达到62.8%,整机性能满足深松机评定指标。