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。     

带翼振动深松铲运动特性分析及试验研究

为解决目前深松作业机具在南方大粘性、易板结及压实特别严重的土壤特性下,机具耕作阻力大、深松质量不高的问题,对带翼振动深松铲深松机理进行研究。通过对机具深松部件进行运动仿真,对速度、加速度、运动轨迹进行分析表明:铲翼和铲尖的切削和抬升土壤过程同步交替进行;铲尖水平方向速度和加速度幅值很大,主要切削土壤,铲翼垂直速度和加速度幅值很大,主要抬升土壤;铲翼对土壤进行二次的破碎疏松,以较小的耕作阻力有效提高了土壤疏松质量。田间试验结果表明:振动深松后在10~20cm和20~30cm土层的坚实度降低了54.2%和53.7%,不振动深松10~20cm和20~30cm土层的坚实度降低了41.6%和48.8%;特别是在0~1 0 cm土层振动深松使土壤坚实度比深松前降低了7 0.1%,远大于不振动深松的4 2.7%;带翼深松铲振动深松相比不振动深松可以减少3.2%~27.2%的牵引力阻力,减阻效果明显。由此可为带翼深松铲结构优化和提高深松机具在南方的作业性能提供理论参考。     

旋耕深松联合作业的功率消耗研究

根据拖拉机-农具机组匹配理论研制出与中等功率拖拉机配套的深松、旋耕组合作业机具。以单位耕作面积消耗功率和单位面积所需牵引力等为参数进行机具设计,对机具进行了单独旋耕、单独深松以及组合工况的试验,试实验表明确定的单位耕作面积消耗功率值等参数可以作为机具总体参数计算的依据。联合作业时机具功率消耗小于旋耕和深松单独作业所消耗的功率之和,从而降低了能源消耗。     

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。     

振动式深松中耕作业机的研制与试验研究

阐述了配合蓄水保土技术研制的振动式深松中耕作业机的结构关系及工作原理,并对不同工况进行了作业性能以及耕作阻力测试与分析的试验研究.试验结果表明,有振动深松作业时随耕作深度的增加,拖拉机行驶速度减小,深松部件的耕作阻力增大;相同耕深条件下,无振动深松作业的耕作阻力大于有振动深松作业的耕作阻力,振动深松降低了机具牵引阻力,节省了燃油消耗,机具的研制为蓄水保墒提供了可行的作业机具.     

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。     

正旋深耕旋耕机的研制

为解决目前我国耕地中普遍存在的犁底层问题,设计一种深松与深耕旋耕联合作业的机具。阐述深耕旋耕机整机设计方案,确定主要参数,从理论上分析主要参数对功率消耗的影响,提出减小功耗的措施,为设计合理的深耕旋耕机提供理论支持。     

变频变幅振动深松试验台的设计与试验

为了实现振动深松作业时振频和振幅的无级调节,以适应不同物理性质的土壤进行深松作业,达到减阻深松、节省能耗的目的。为此,采用伺服油缸振动技术设计了一台可变频变幅的振动深松试验台,以测试不同土壤条件下振动深松的最佳工作参数,为振动深松机具的优化设计提供理论依据。试验结果表明:试验台最大振动幅度大于20mm,最大振动频率响应大于50Hz、振动频率0～30Hz、振动幅度0～10mm时,频率响应小于1dB,振幅误差小于4.2%,性能稳定且达到设计要求。     

立式螺旋开沟器土槽试验装置

为了研究立式螺旋开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合工况下进行作业的功率消耗情况,设计了一套试验装置.该装置以上位机和数据采集卡为控制系统核心,利用LabVIEW编写的测控软件实现了开沟器转速、转矩等参数的采集、显示以及土壤切削功耗的处理和分析,以获得不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下土壤功耗的变化情况.利用该试验装置在转速为250 r/min,开沟角度为0°,开沟深度为250 mm的情况下,进行了前进速度分别为3,4,5 m/min的单因素土壤切削试验,并将试验参数代入切削功耗的理论计算公式中,从而对试验结果加以计算验证.单因素试验结果表明：该装置能模拟开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下的土壤切削全过程,并且以前进速度为单因素变量的试验测得的土壤切削功耗与理论计算的最大误差为11.05%.     

深松与旋耕组合作业机具的开发

根据拖拉机农具机组匹配理论研制出与中等功率轮式拖拉机配套,能进行深松、旋耕组合作业的机具。以单位耕作面积所消耗的功率等参数进行机具总体参数的计算,对机具作了动力学分析,并进行了单独深松、单独旋耕以及组合工况的试验。试验表明,机具深松扰动影响宽度和旋耕宽度相匹配,旋耕作业时波动范围较小,偏牵引力矩对拖拉机行驶稳定性基本没有影响,所设计的组合作业机具能对农田实施保护性耕作。     

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。     

根茎类作物单摆铲栅收获装置驱动转矩特性研究

单摆铲栅收获装置的驱动转矩为4组单体转矩的耦合叠加且随负载周期变化,最大驱动转矩及转矩波动度直接影响了拖拉机功率匹配与功率利用效率。为研究收获装置驱动转矩特性,在工作单体受力分析基础上建立了单体转矩、驱动转矩、比功耗解析方程,结合离散元仿真分析了收获装置驱动转矩时域响应特点：单体转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化规律,受组间振动平衡与土壤粘塑性作用,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期微变的规律,峰值约为单体转矩的1.2~2.3倍。为明确相关参数对驱动转矩的影响,开展了四因素三水平Box-Behnken仿真试验,建立了最大驱动转矩、转矩波动度、比功耗预测数学模型,仿真试验结果表明：振幅、振动频率、挖掘深度、前进速度、振幅与振动频率交互项均是最大驱动转矩、比功耗的主要影响因素,振动频率、挖掘深度对转矩波动度有较大影响。甘草收获田间试验结果表明：当挖掘深度为450~500mm时（工况1）,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化的规律,最大驱动转矩为797.17N·m、转矩波动度为2.54、比功耗为122.06kJ/m3、收净率为96.42%;当挖掘深度为350~400mm时（工况2）,最大驱动转矩较工况1下降约39.44%,转矩波动度下降约27.95%,比功耗与收净率基本不变。该研究可为单摆铲栅收获装置结构参数优化及根茎作物振动减阻节能收获研究提供参考。     

Tillage Tool Design by the Finite Element Method: Part 2. Experimental Validation of the Finite Element Results with Soil Bin Test

Laboratory soil bin tests of subsoiler cutting in a sandy loam soil were carried out in order to validate the results obtained from the finite element calculations reported in Part 1 of this study. Measured results of subsoiler draught force and soil failure dimension taken on the surface were presented for four combinations of the subsoiler shank rake angle and chisel angle. Soil bin tests also measured the variation of draught force with subsoiler displacement. It was observed that the angle of both the subsoiler parts affected the dimensions of the surface soil failure and the magnitude of subsoiler draught force.Finite element method predictions of the subsoiler draught force as well as the extent of surface soil failure agreed well with measurements made in the soil bin. The predicted draught force for all subsoiler types exceeded the measured ones. The overprediction error ranged from 11·76 to 20·04%. The finite element model provided a good approximation to the maximum upward soil movement for the experiments. Better finite element method predictions of the front soil failure was obtained for the two subsoiler designs with a small chisel angle of 15° than for the designs with chisel angles of 23 and 31°. Among the four investigated subsoiler types the best subsoiler design was devised, which required the lowest draught and developed good soil loosening qualities as estimated by soil volume change. This subsoiler had a shank of 75° rake angle and an inclined chisel of 15° angle. Keeping a good soil loosening performance was attributed to the smaller shank rake angle of 75°, which indicated that the shank played an important role for the determination of the quality of soil loosening.     

土壤深松部件松土机理的分析

土壤深松技术不同于土壤传统的耕作法—铧式犁耕法,是少耕法的一种。为此,通过分析3种不同的深松部件对土壤的作用过程,提出了它们的松土机理,并进行了比较分析研究。研究结果表明:全方位深松部件与斜柱犁在不同程度上实现了利用拉伸应力松碎土壤。尤其是全方位深松部件松土范围大,深松效果好,耕作比阻小,是深松作业的首选机型。     

考虑分段土壤作用力的振动减阻分析

振动载荷作用下耕作土壤作用力复杂多变,为研究入土角、振幅、振频对土壤作用力、牵引阻力的影响,将耕作土壤视为粘弹性材料,根据深松铲对土壤进行切削、提升、再切削,建立考虑分段土壤作用力的振动深松机-土壤系统的力学模型,采用渐近法与数值积分求解分析该模型,分析表明入土角为45°、振幅为0.001 m、振频为10 Hz时,土壤作用力较小。利用振动深松机进行试验研究,试验数据与仿真数据对比,验证了模型的正确性。试验结果进一步表明利用振动可以减小土壤作用力,降低拖拉机牵引阻力,提高土壤深松质量。     

气爆辅助式深松机设计与田间性能试验

为提高深松机作业质量,明确气爆技术在深松作业中的工作效果,设计了气压深松机,优化了深松铲结构,并进行作业效果田间试验.深松机应用气压控制系统将周期性高压气体通过导气管传送至深松铲出气口处,从而完成气压深松作业.以土壤扰动系数、膨松度与碎土率作为评价指标,进行松机作业质量田间试验,结果表明:气压深松机深松作业后,土壤膨松...     

南方黏性土壤深松装备研发及试验

为解决南方黏性土壤机械化深松作业问题,基于黏性土壤物理特性,设计了一款适用于南方黏性土壤保护性耕作的深松机,并对其样机进行了作业性能试验。结果表明,该深松机运行稳定,松土效果良好,可满足南方黏土田块深松需求。      

基于振动的土壤挖掘阻力与耗能特性试验研究

为了研究振动频率、振动方向等参数对振动式土壤挖掘降阻特性和耗能特性的影响,设计开发了振动式土壤挖掘阻力试验台。经理论分析、计算确定了振动挖掘机构运动参数。在土壤平均相对湿度为27%、平均土壤坚实度为2.2MPa条件的室内土槽系统中,在挖掘深度150mm、前进速度0.15~1.00m/s、振动频率2~20Hz的因素条件下,利用该试验台开展了土壤振动挖掘阻力和耗能特性试验研究。结果表明,振动式土壤挖掘能够有效降低工作阻力,其降阻率先随着振动频率增大而增大,在2~20Hz频率段,前后方向振动和垂向振动振幅分别为13mm和10mm时,其最大降阻率分别可达到21%和25%。降阻率在10~14Hz后增长速度变缓,表明该区间处于土壤的自振频率区间。前后方向振动下土壤挖掘降阻率和振动速度与前进速度的比值有关,当振动速度小于前进速度时,降阻率比较小,随着振动频率增加而缓慢增大;当振动速度大于前进速度后,在对应的频率点其降阻率会迅速上升,之后增长速度逐渐变缓。由于需要额外激振能量输入,两种振动方向的强迫振动式土壤挖掘综合耗能并不减少,在振动频率低于10Hz下,耗能比范围在1~1.07,但超过10Hz后,耗能比会随着振动频率增大以较快速度增加。振幅的增大能够使土壤挖掘阻力获得一定的降低,但同时振动挖掘耗能有较大的增加。     

保护性耕作拟合曲线型深松铲设计与试验

针对东北地区深松整地作业中,深松铲土壤扰动量和耕作阻力大的问题,以离散元(EDEM)软件仿真分析铲尖对土壤的作用为依据,设计了拟合曲线型深松铲。采用离散元软件模拟深松铲铲尖在土壤中的运动,获得铲尖上方土壤颗粒运动轨迹的拟合曲线和拟合方程,采用线元设计法对线形优化,获得铲柄外形曲线;同时设计了刃部、切削刃角、入土角,并通过铲柄与铲尖的互作效应试验验证了分层的可行性与合理性。土槽对比试验表明,拟合曲线型深松铲有效降低了土壤扰动量和耕作阻力,比折线式深松铲土壤扰动量减少了53.6%,耕作阻力减少了36.23%;比圆弧式深松铲土壤扰动量减少了66.18%,耕作阻力减少了29.18%。田间对比试验表明,拟合曲线型深松铲比折线式深松铲回土面积增加了81.03%,比圆弧式深松铲的回土面积增加了146.95%。土槽和田间试验表明,拟合曲线型深松铲土壤扰动量小、耕作阻力小,满足深松作业的要求。