复合形态深松铲耕作阻力有限元分析与试验

以复合形态深松铲为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA分析了深松铲在土壤耕作过程中耕深与前进速度对深松耕作阻力的影响,并以圆弧形深松铲为比较对象,分析了复合形态深松铲的减阻效果。为了验证有限元分析方法的可行性,对复合形态深松铲和圆弧形深松铲进行了室内土槽的耕作阻力验证试验。研究结果表明,通过有限元法模拟出的深松铲耕作阻力与室内土槽试验所测定的结果具有相同的变化趋势,利用有限元法可以分析深松铲的工作性能。在深松铲前进速度为4～5 km/h范围内,相对于圆弧形深松铲,用有限元法模拟复合形态深松铲的耕作阻力在耕深为300、350和400 mm时,平均减阻分别为44.07%、43.71%和33.83%。     

深松铲的发展与研究现状

作为一项重要的保护性耕作技术,农机深松整地对于改善耕地质量、提高作物产量意义重大。深松铲作为深松机具的关键部件,其结构形状对土壤耕作阻力影响很大。因此,了解和掌握不同类型深松关键部件的主要类型和特点,探讨存在的主要问题,对我国深松技术的研究和推广具有重要意义。     

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。     

仿生减阻深松铲设计与试验

将小家鼠爪趾高效的土壤挖掘性能应用于深松铲减阻结构设计中,设计了铲柄破土刃口为指数函数曲线型减阻深松铲。为了对比耕作阻力,应用仿生减阻深松铲与传统深松铲进行了田间深松耕作试验。结果表明,耕深和前进速度对耕作阻力均有显著影响,且耕作阻力随着耕深和前进速度的增大而增大。在相同试验条件下,仿生减阻深松铲与传统深松铲相比,耕作阻力降低8.5%~39.5%,减阻效果明显。     

铲式深松机

国内现有的深松机以凿式深松机和全方位深松机为主要机型,这两种机型的工作阻力都较大,全方位深松机在覆盖量较大的情况下,容易堵塞。陇东地区保护性耕作示范项目使用的深松机也以这两种机型为主,配套动力为铁牛—55型拖拉机,且普遍使用年限长,技术状况差。甘肃省庆阳市西峰区2002年示范项目中,不得不将凿式深松机的五个深松齿改为三个深松齿,齿间隔由原来的30cm增加到50cm,深松深度勉强达到32cm,达不到消除犁底层的要求,深松作业的质量问题解决不了,就会影响群众接受保护性耕作技术的积极性。研制新型深松机,其关键是降低深松部件的工作阻…     

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。     

深松铲耕作阻力影响因素的离散元法仿真分析

在建立了三维土壤颗粒模型的基础上,应用离散元法研究了耕深及耕速对深松铲耕作阻力的影响。在0.4~0.8 m/s的耕速变化范围内,耕深分别为180、220、260 mm的条件下,进行了仿真,并对接触力场和速度场进行了分析。结果表明,随着耕深及耕速的增加,耕作阻力均会增大,与理论研究相符。本研究可为今后进一步优化深松铲提供依据。     

深松铲不同翼铲安装高度时土壤扰动行为仿真与试验

翼铲的安装高度是带翼深松铲的关键结构参数之一,其对深松土壤扰动行为产生重要影响。综合运用EDEM和室内土槽试验,研究了翼铲安装高度(55、75、95、115、135 mm)对深松土壤扰动行为的影响。结果表明:随着翼铲安装高度增加,耕后犁底层土壤扰动面积先增大后减小,在翼铲安装高度为75 mm时最大,水平耕作阻力逐渐减小,深松铲铲尖和犁底层圆弧段所受水平耕作阻力为深松铲水平耕作阻力的主要来源(90%以上),其随翼铲安装高度增大逐渐减小;翼铲安装高度直接影响耕作时不同深度土壤在不同方向的位移,当翼铲安装高度为75 mm时,深松铲纵向中心位置的各层土壤在耕作方向的最大位移相对较小,其犁底层土壤在竖直方向最大位移相对较大,表层和耕作层土壤在竖直方向最大位移相对较小;翼铲安装高度对土壤扰动效果产生重要影响,且离散元仿真能够准确模拟深松土壤的扰动过程,5个翼铲安装高度下土壤膨松度、土壤扰动系数、土壤碎土系数、土壤纵向堆积角的试验值和仿真值的平均误差分别为11.69%、11.54%、14.20%、9.64%。     

深松铲的模态试验与分析

为了研究深松铲的振动特性,采用模态试验的方法,对深松铲进行单点激励、多点拾振,应用信号分析软件进行深松铲的模态参数识别。同时,分析了深松铲的模态振型,绘制了振型图。分析结果表明：深松铲的第一阶模态表现为沿Z轴的摆动,第二阶模态表现为深松铲整体绕Y轴的扭转。深松铲柱的中部动刚度较小,属刚度薄弱区。由此,对深松铲柱和机体连接的部分进行了数字化改进,增加了铲柱的刚度。     

基于EDEM离散元法的深松铲仿真与试验研究

为验证采用离散元法分析深松铲工作过程的可靠性和有效性,本文应用EDEM离散元分析软件研究深松铲的工作过程和耕作阻力,分析不同工作速度、不同耕作深度、不同入土角度条件下深松铲的工作情况;进行深松铲田间试验,并将仿真结果与试验结果进行分析比较。结果表明,仿真分析结果与试验测试结果的变化趋势基本一致,耕作阻力随着工作速度和耕作深度的增大而增大,随着入土角度的增大而减小;数值结果误差在5%~15%之间。证明采用离散元法分析深松铲在土壤中工作过程的可行性。该研究结果为进一步研究农机触土部件的减阻耐磨和优化设计提供参考。     

我国北方地区机械化深松技术的研究现状

深松技术是旱地保护性耕作体系的重要技术措施之一。随着保护性耕作技术的推广,深松技术在改善耕层土壤结构、提高土壤蓄水抗旱和渗透能力方面起着重要作用。当前,国内外学者对深松技术和相应的深松机具进行了大量的研究,并取得了较大的成果。为此,介绍了深松技术、相应深松机具、深松铲的类型和特点,并对现有深松铲的结构改进和优化、改善深松部件与土壤接触时的抗磨损性及减阻性能的措施和研究现状进行了总结。同时,分析了影响深松技术提高的影响因素,提出了进一步研究和改进深松技术的思考和建议。     

基于离散元法的砖红壤斜柄折翼式深松铲设计与试验

针对深松整地装备应用于海南省热带农业区香蕉地时,存在作业阻力大、松土面积小及地表平整度差等问题,本文基于海南香蕉地砖红壤土的物理特性,设计一种可有效降低作业阻力的斜柄折翼式深松铲.运用离散元法建立3层土壤颗粒虚拟仿真土槽模型,使用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行了斜柄折翼式深松铲与直柄凿式深松铲...     

深松、铺管、施肥一体铲的动力学建模与分析

建立了深松、铺管、施肥一体铲的动力学模型,并进行了仿真分析。深松、铺管、施肥一体铲是一种具有深松、犁底层下铺渗灌管及施肥的多功能联合作业铲。依据一体铲的工作原理,建立了一体铲在工作时所受到的水平阻力模型,该阻力由深松、铺管和施肥3部分的水平阻力构成。将一体铲三维模型导入ADAMS仿真软件中进行了动态仿真,主要分析了工作深度和行走速度对水平工作阻力的影响。结果表明:一体铲的水平工作阻力与拖拉机的行走速度成抛物线函数关系;一体铲的水平工作阻力与工作深度近似于成正相关的线性函数关系。通过对一体铲的动力学建模与分析,为进一步设计、改进一体铲提供了参考依据。     

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。     

深松技术在农田实践中的问题探讨

深松是少、免耕保护性耕作的重要内容,是我国旱作农业的重要农艺措施之一。从深松的概念、优点、技术要求及机具选择等方面．针对深松技术在农业生产实践中的一些问题进行探讨,以促进深松技术的推广应用与效用发挥。     

1MS-Ⅱ型地膜回收机起膜铲动力性能试验分析

对起膜铲在工作中所受土壤阻力进行试验研究。根据起膜铲需要完成松土起膜、翻起根茬、膜土分离等几项作业的要求，寻求影响土壤阻力的因素，通过试验建立起膜铲几何参数和工作参数与其所受土壤阻力之间的函数关系，通过Matlab最优化方法确定出最佳参数，进行改进设计。试验结果表明，改进后的起膜铲改善了残膜回收机的牵引性能，且有较好的膜土分离、切除根茬的效果。     

保护性耕作条件下深松技术的国内外发展现状

近年来,土地过度开垦致使土地沙漠化、干旱等自然灾害问题越来越严重,因此提出了基于保护性耕作的深松技术。以深松技术代替铧式犁翻耕,是利用深松机具的部件在土壤不被翻转条件下疏松土壤、打破坚硬犁底层、加深耕作土层,以此来调节土壤3相(固、液、气态)比,改善土壤内部结构,降低土壤被侵蚀度,提高土壤蓄水保墒的能力,达到高产、少耕、环保的目的,促进农业的可持续发展。为此,主要介绍了基于保护性耕作深松技术在国内外发展现状,旨在为保护性耕作和深松机械的制造和发展提供一定的依据。     

基于ANSYS Workbench的S型松土铲模态分析

在分析了S型松土铲结构特点与工作过程的基础上,利用三维CAD软件Pro/E,绘制S型松土铲的实体模型,通过有限元分析软件ANSYS Workbench对S型松土铲进行了模态分析,得到了S型松土铲的前6阶模态振型图,分析的结果为优化S型松土铲的结构和改善性能提供了理论参考。     

反旋深松联合作业耕整机设计与试验

针对现有深松旋耕联合作业机多为深松部件在前、旋耕部件在后的组合结构,较少考虑各工作部件作业时之间的相互影响,本文基于深松部件、旋耕部件作业之间的交互作用,设计一种用于深耕的反旋深松联合作业耕整机,通过旋耕、深松、镇压多工序实现表层土壤细碎、秸秆埋覆,深层土壤疏松目的。整机以提高作业质量、减少作业阻力为设计目标,运用离散元仿真与正交试验、有限元仿真结合进行整机参数优化。离散元仿真结果表明:机具作业速度v_m为1.8 km/h、刀轴转速n为350 r/min、旋耕刀类型X为IIT195弯刀时,机具作业壅土量为5 283个土壤颗粒,植被覆盖率为98.37%,此时综合作业质量较优;有限元仿真结果验证了深松铲设计强度满足作业要求。以较优参数组合为基础的田间试验结果表明:反旋深松联合作业耕整机旋耕深度、深松深度、地表平整度、土壤膨松度分别为182.8 mm、388.4 mm、18.3 mm、17.22%;旋耕深度稳定性、深松深度稳定性、植被覆盖率均在90%以上,完全满足深层土壤整地需求;与深松旋耕联合整地机相比,反旋深松联合作业耕整机在不影响作业效果前提下,提高了耕深稳定性、植被覆盖率,同时使牵引阻力降低了16.21%,作业稳定性、可靠性较好。