弹簧预紧力可调式振动深松机设计与试验

为了减小深松机的耕作阻力和拖拉机的动力消耗,增强深松机对不同类型土壤的适用性,设计了弹簧预紧力可调式自激振动深松机。在机具工作过程中,通过自激振动单元的振动作用,可有效减小深松机的牵引阻力;通过弹簧预紧力调节机构可改变弹簧的预紧力,以适应不同物理特性的土壤,获得理想的深松效果。田间试验表明在保证耕深的前提下,合适的弹簧预紧力可有效减小机具的耕作阻力。为了测试该深松机的减阻性能,设计了2.5、3.2、4.0km/h 3种作业速度和250、300、350mm 3种深松深度,进行了两因素三水平的全因素试验,试验结果表明：在不同作业速度与深松深度下,与非振动深松机相比,该深松机均能有效减小牵引阻力,减阻比为10.30%~22.65%;对不同作业速度和深松深度下的振动深松牵引阻力和非振动牵引阻力进行了方差分析。结果表明作业速度、耕作深度和机具类型对深公机工作阻力均有显著性影响,在不同作业速度下,由于自激振动单元的减阻作用,随着耕作深度的增加,振动深松牵引阻力增加速度小于非振动深松。     

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。     

振动深松机的研究进展与展望

连续多年的浅层翻耕或旋耕,造成我国土壤耕层浅、耕层内有效土壤少及犁底层坚实等严重问题。针对这些问题,深松技术及深松机具的研制在近年得到快速发展。为此,简要介绍了振动深松机的减阻原理,并从已有深松机的专利重点分析阐述了振动深松机关键部件的工作原理及设计应用,指出了存在的问题,并展望了振动深松机的发展趋势。     

振动深松机关键部件的设计

为减少深松机耕作阻力和牵引阻力,实现减阻节能高效作业,对振动深松机的关键部件进行优化设计.阐述振动深松机的结构及工作原理,详细说明偏心轴、深松铲铲头与铲柄的设计方案,为今后进行深松机相关的设计提供依据.     

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。试验结果表明,结构简单,所需牵引动力小,耕整作业效果良好。     

自激振动式深松机及关键部件设计

随着农业机械化的快速发展与应用，农业机械长期碾压、翻耕，破坏了土壤犁底层，使犁底层变得硬、厚、肥力降低，限制了作物产量提高与品质提升。深松机械可以改善土壤肥力、打破犁底层，为作物生长提供一个良好的土壤环境，但是目前深松机械存在田间阻力较大、机械能耗高等问题。自激振动式深松机主要是基于弹簧片使深松铲发生振动，土壤在不同频率和不同振幅下破碎，提高土壤深松效率与深松稳定性。系统论述了国内外振动深松机发展现状，对自激振动式深松机的振动弹簧、深松铲等关键部件进行设计。研究结果可以为深松机械的发展与设计优化提供参考和借鉴。     

振动深松机的设计与试验

土壤环境是农业发展的重要基础条件，是一种宝贵的不可再生资源。长期以来，由于农业机械的反复碾压和土壤过度开发，导致土壤紧实，破坏土壤耕层，影响作物的生长与产量提升。深松是指利用深松机械疏松土壤、改善紧实度，是提高土壤蓄水保墒能力的有效方式。传统深松机存在作业阻力大和工作效率低等问题。因此，设计一种振动深松机，基于振动深松机减阻机理提出整体设计方案，并对关键部件进行设计与选型，最后通过田间试验验证振动深松机对土壤环境的改善作用。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于Workbench的深松铲铲体曲面的仿生优化设计及试验分析

深松铲是保护性耕作深松机的重要关键部件,其作业时的减阻降耗问题近年来成为热点。针对这一问题,提出仿生减阻设计方法,在深松铲触土截面上拟合穿山甲挖穴爪趾的曲线,并在有限元计算软件中验证其合理性,最后通过实际田间试验对比证明该设计方法可以有效实现深松机的减阻降耗。     

因地制宜改进深松机的使用

晋州市常用的深松机具类型主要分为两种。一种是只能进行深松作业的机具：如带翼铲的深松机、振动深松机等;另一种是可以联合作业的机具：如深松旋耕机、振动深松播种机等。单一作业的深松机,结构简单,使用方便,深松效率也高     

1SZ-1型振动式深松机的设计

为降低国产深松机的能耗,运用理论分析与试验相结合的方法,优化1SZ-1型振动式深松机的结构和动力参数。在介绍振动式深松机工作原理和总体结构的基础上,综合各方面的因素,确定机具的主要工作部件及其参数。     

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。     

基于狗獾爪趾的仿生深松铲振动减阻研究

为降低深松作业的耕作阻力,对基于狗獾爪趾的仿生深松铲进行了振动减阻性能的研究,将仿生减阻技术与振动减阻技术相结合,研究减阻效果。同时,在耕作速度为0.6、1.0m/s和耕作深度为250、300mm的条件下进行仿生深松铲的振动减阻试验。试验结果表明:振动式深松铲的耕作阻力随着耕作深度和耕作速度的不断增大而增大;在相同的试验条件下,仿生深松铲振动耕作方式的耕作阻力比未带振动耕作方式的耕作阻力减小1 3.0 5%~1 8.9 4%,减阻效果明显。     

振动深松铲土壤切削有限元模拟分析——基于ANSYS/LS_DYNA

为了分析振动式深松机在耕作过程中深松铲与土壤之间的相互作用关系,首先研究了国内外采用有限元分析方法研究土壤切削问题的工作进展情况。为揭示振动深松减阻本质,借助ANSYS/LS-DYNA971软件,构建了深松铲和土壤的有限元仿真模型,并选用MAT_FHWA_SOIL和线弹材料分别作为土壤和深松铲的材料模型。将UG中的运动仿真数据作为深松铲载荷数据,通过Excel文件导入,对深松铲切削土壤的工作工程进行模拟,得出了深松铲切削土壤过程功耗的变化和深松铲在工作过程的等效应力(von Mises stress)情况,为深松铲结构参数的优化提供了依据。     

振动深松机的研究设计

借鉴同内外先进技术,结合我国实际情况,利用偏心块旋转产生的离心力使深松铲产生振动,研发出一种振动式深松机.介绍振动式深松机的基本原理、总体结构及重要参数的选定方法.该机与普通深松机相比,在同等结构质量及作业条件下,能够大大减少整个机组的牵引阻力.降低能源消耗,提高深松作业质量.     

北方玉米地仿生振动式深松机的研制及试验

我国北方玉米茎秆存在粗大、行距宽、深松阻力大等因素,造成深松作业功耗较大、深松铲磨损严重等问题。为此,设计了一种北方玉米地仿生振动式深松机,介绍了整机振动装置的原理和主要部件结构参数的确定。基于仿生减阻原理,对深松铲齿和铲柄进行了仿生设计,在此基础上,对深松铲齿进行了有限元仿真校核。样机在振动和挤压两种工作模式下的性能对比试验表明:振动模式下,牵引阻力减少了10%～17%。研究成果对加快促进保护性耕作技术在中国北方农业区的推广与普及具有重要的意义。     

辽宁玉米收获机械化发展现状与对策

借鉴同内外先进技术,结合我国实际情况,利用偏心块旋转产生的离心力使深松铲产生振动,研发出一种振动式深松机.介绍振动式深松机的基本原理、总体结构及重要参数的选定方法.该机与普通深松机相比,在同等结构质量及作业条件下,能够大大减少整个机组的牵引阻力.降低能源消耗,提高深松作业质量.