基于Solidworks旋耕刀实体建模与有限元分析

以国标旋耕刀、斜置旋耕刀和IT245旋耕刀3种基本刀型为基础,运用AutoLISP 编程获得每个刀型的阿基米德螺线,导入 Solidworks 软件进行实体建模,运用 Simulation 插件对其进行了有限元分析。分析结果表明：旋耕刀与刀辊联接处是刀具的一个重要的结构设计要点,在制造加工与设计中应尽力避免或减少应力集中;同时,对国标刀与斜置旋耕刀的有限元分析结果进行对比,发现后者在强度方面优于前者。     

基于SolidWorks Simulation的旋耕刀有限元分析与优化

本文对微耕机的弯形旋耕刀进行了机构分析,建立了旋耕刀的三维模型,基于SolidWorks Simulation有限元分析平台对旋耕刀的应力、位移和应变进行分析。结果表明：在距离刀辊轴最远的刀尖处出现了最大变形量,表面旋耕刀正切刃处的刚度最差,在旋耕刀的刀柄与刀背圆滑过渡连接处出现最大应力集中和最大应变,这与旋耕刀实际工况中产生的刀片弯曲变形或断裂实效的情况一致,验证了有限元分析指导旋耕刀设计生产的可靠性。与此同时,在有限元分析的基础上对旋耕刀结构进行优化设计,采取加厚刀柄和刀背压凹的方式,在不增加刀具质量和现有输出能耗的前提下,大幅度减小了刀具应力集中的产生,从根本上大大减少了刀具断裂频率,延长了刀具使用寿命。     

基于ANSYS/LS——DYNA的旋耕刀强度和功耗研究

目前,旋耕刀的功耗研究主要基于ANSYS/LS—DYNA进行,旋耕刀强度分析则主要通过静力学分析完成,这与刀具实际工作时的受力状态仍有一定的差距。因此,为同时得到旋耕刀切削土壤过程中刀具应力的动态变化、刀具切削力及切土功率,利用ANSYS/LS—DYNA,采用单元组合法,对旋耕弯刀切削土壤的过程进行数值模拟。数值仿真结果表明:切削过程稳定进行时,刀具所受应力最大值为5.67×10~8 Pa,刀具与刀座的连接处容易产生应力集中,刀具的最大切削力为433.9N,由刀具转动时受到的最大扭矩求得切土峰值功率为1.66kW,与理论分析得到的刀具切削力和切土功率相近。研究结果为旋耕刀的结构参数优化设计提供指导并为旋转耕作类机械切削土壤的数值模拟仿真提供参考。     

立式旋耕机旋刀系统的设计及受力分析

为达到土壤局部覆盖、蓄水保墒、节约资源和增产增收的目的,设计了一种Y型立式旋耕机的旋耕刀系统,并阐述了其结构组成及工作原理。通过Solid Works软件对旋耕刀进行了结构设计,应用作图法对旋耕刀结构参数进行了分析。通过对单把立式旋耕刀的受力分析可知,立式旋耕刀在稳定切削土壤时的切向阻力主要由单把立式旋耕刀的动态切削阻力和扰动阻力组成。将模型导入仿真软件ADAMS中,模拟出立式旋耕刀的运动轨迹为余摆线,通过添加参数,模拟出单把立式旋耕刀的动态切削阻力、扰动阻力和切削阻力的变化曲线,得到旋耕刀的切削过程是一个周期性的变化过程,并对单把立式旋耕刀的切向阻力进行了分析。     

带状旋耕式小麦免耕播种机耕作部件作业机理研究

为明确带状旋耕式免耕播种机耕作过程中耕作机具与土壤间的相互作用机理,利用离散元仿真软件从微观层面对典型的且已广泛应用的IT225型旋耕刀、直刃旋耕刀和凿型旋耕刀进行仿真,研究发现旋耕刀具的抛土特性是影响土壤回填效果的关键因素。田间试验表明,土壤破碎体的回填率随刀轴转速的增加而下降。IT225型旋耕刀在高刀轴转速(280 r/min)下侧向抛土现象最为明显,在超高刀轴转速(510 r/min)时创造的土壤侧抛率最高,达到了92%,因此产生回填效果最差,回填率仅为8%,无法满足播种时种—土接触的需要。凿型旋耕刀耕作过程中可以勾带起部分土壤破碎体向机具前进方向抛洒,在刀轴转速为510 r/min时土壤侧抛率为85%,能够产生接近36%的土壤回填效果。直刃旋耕刀的侧向抛土集中在刀轴两侧10 cm范围内,在刀轴转速为510 r/min时侧抛率只有70%,回填率高达60%显著高于其他两种刀具。鉴于土壤回填效果对种—土接触的重要性,直刃旋耕刀耕作过程中具有土壤扰动范围小、土壤破碎体侧抛率低、回填效果好等优点,本文推荐直刃旋耕刀作为带状旋耕播种机的耕作部件。     

基于螺旋线算法的旋耕机执行部件设计及优化

为了提高旋耕刀使用寿命、降低旋耕能耗,基于阿基米德螺旋线,对旋耕刀切削刃进行了设计,并对旋耕刀和刀辊进行了优化设计。采用阿基米德螺旋线设计切削刃,优化切削刃受力,发现侧切刃终点半径到折弯直线之间的夹角α可以显著影响正切刃性能。采用静力学和能耗分析法,对其进行优化,结果表明:当α=57°时,能耗最低,且该角度下最大应力和形变满足强度要求。采用左右对称布置刀辊,3螺旋线对刀辊上旋耕刀具分布进行优化,并对优化后的刀辊和旋耕刀进行能耗测试。测试结果表明:优化设计可以有效降低生热量和能量消耗。     

基于离散元法的立式旋耕刀耕整作业性能仿真研究

立式旋耕刀作为旋耕机的关键作业部件,其对土壤的作用效果与自身的功耗损失将直接影响旋耕机的作业质量与工作效率。为探究立式旋耕刀与土壤颗粒间的作用机理,获得刀具的最佳结构参数及作业参数,提高旋耕机的作业质量,达到满足耕整作业农艺要求的碎土整平效果,通过构建不同结构形式的旋耕刀三维模型,搭建旋耕刀-土壤间作用的离散元模型,对单把立式旋耕刀作业时的受力情况及土壤颗粒的破碎搅拌情况进行分析,并进行系列试验。同时,通过极差分析获得工作参数对旋耕刀作业的影响作用规律,并采用受力、扭矩以及抛土碎土效果等多项指标,对不同结构形式旋耕刀自身损耗及对土壤颗粒的影响规律进行深入分析,以期研究出能够适应不同土壤结构环境及农艺模式需要的最佳旋耕刀结构及相关参数,为后续研究与试验提供理论参考。     

潜土逆转旋耕刀的三维扫描及数据处理

应用ATOS2系统对旋耕刀进行了三维扫描,获得了潜土逆转旋耕刀外形点云,在此基础上对其进行了反求;应用NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)理论,在PRO/E中进行了重构,得到了符合计算机仿真要求的数字模型,使计算机软件较精确地模拟真实刀具的潜土逆转旋耕成为可能.     

基于离散元法的筑埂机旋耕刀轴性能分析

为探究水田筑埂机旋耕切削部件与土壤间的相互作用机理,提高旋耕刀轴的作业质量和工作效率,对现有旋耕机常用的刀具排布方式进行探讨,提出一种新的刀具排列方式。该方式为刀具沿左右两个刀轴对称排布,筑埂机刀轴上采用旋耕弯刀、抛土弯刀和切型弯刀组合安装,三种弯刀均采用刀座式安装,旋耕弯刀数量为12把;抛土弯刀数量设计为2把;切型弯刀数量设计为2把。通过离散元仿真试验,研究旋耕刀轴上旋耕弯刀的不同刀具排布方式对刀轴工作性能和对土壤破碎效果的影响,结果表明旋耕弯刀采用三头螺旋线排列的情况下,机具对土壤的破碎效果更好,所受工作阻力的最大值相较于双头螺旋形排列和人字形排列分别减小160.77 N,119.52 N,作业扭矩分别减少54.87 Nm,163.58 Nm,刀轴的受力变化幅度小,作业更加稳定。     

反转旋耕刀正切面分析及参数选择

为提高反转旋耕刀的性能，根据旋耕刀运动的特点，从旋耕刀几何学及切削角度方面出发，对反转旋耕刀正切面角度及对磨刃面的影响进行了分析。提出：由于反转旋耕时旋耕刀的变隙角小于正转旋耕，使得反转旋耕刀的切土角和隙角大于正转旋耕刀；在同样结构参数、运动参数及切土条件下，反转旋耕刀的安装角应比正转旋耕刀小一些；反转旋耕时，刀辊转速宜取高一些。由于上述原因，会造成反转旋耕刀的切土阻力较大。     

筑埂机旋耕切削部件的优化设计与疲劳寿命研究

针对我国现有筑埂机械存在功耗较大、机具磨损严重、土壤破碎不充分和筑埂不坚实等问题,设计一款新型旋耕切削装置,该装置由旋耕弯刀、抛土弯刀、L型弯刀以及刀轴等部件组成。运用离散元法构建刀具与土壤接触的力学模型,探究不同刀具的结构参数对其工作性能的影响。结果表明旋耕弯刀弯折角为125°,幅宽为60 mm,正切面端面刀高为55 mm,侧切刃包角为27°时,刀具功耗相对较低,而且碎土效果较好;抛土弯刀的弯折角为120°,幅宽为80 mm时,刀具的功耗及碎土效果较好;从材料损耗的角度考虑,L型弯刀幅宽为40 mm时刀具所用的材料最小。最后,对旋耕弯刀的疲劳寿命进行分析,为延长刀具的使用寿命提供理论依据。     

基于COSMOS的还田机械旋耕刀弯折角优化

弯折角是影响还田机械旋耕刀质量以及旋耕刀辊功率消耗的重要参数.为减少旋耕刀质量,降低旋耕刀辊功耗,利用有限元软件cosMOsWorks对旋耕刀弯折角进行优化分析,研究了不同弯折角时旋耕刀质量及应力分布关系.研究结果表明,旋耕刀弯折角最佳取值范围为125°～130°.经动力仿真分析验证,旋耕刀辊的功耗也得到了降低.     

基于微耕机使用技术及注意事项探讨

随着当今农业的不断发展,微耕机在使用方式和结构构造上有了再次的创新。其中在微耕机旋耕刀的选取、耕作深度和起步流程有了重新的规划设计。其中在旋耕刀选取上根据不同的地质结构选用不同种类型的微耕机刀具,这样才能发挥出微耕机的实际作用。笔者在此进行了详细的分析,以便于提供可参考性的依据。     

基于离散元法的立式旋耕刀工作参数分析与优化#br# #br#

为探究立式旋耕刀作业参数对其受力情况及碎土效果的影响，建立立式旋耕刀作业的离散元模型，并对其所受阻力、扭矩的变化规律进行分析；通过设计正交试验，得到立式旋耕刀工作参数对其阻力、扭矩、作业功率及碎土率的影响，并建立相应的预测模型。通过响应面分析和预测模型对立式旋耕刀作业功率和碎土率进行参数优化，得到最佳工作参数为：前进速度1.2 m/s，刀具转速307.141 r/min，耕深25 cm，模型预测立式旋耕刀作业功率为7.042 kW，碎土率为8085%。将最佳工作参数代入仿真试验，对比试验数据得到功率的模型预测值与仿真值间的相对误差为3.97%，碎土率的相对误差为3.45%，验证了预测模型的可用性。     

前置式旋耕破茬机的结构设计与研究

为提高拖拉机的利用率,实现拖拉机前悬挂农业机具作业,提出了拖拉机前悬挂旋耕破茬机,采用前置三点悬挂的方式挂接旋耕破茬机,在拖拉机前端同时实现旋耕和破茬两种作业。采用SolidWorks软件对该结构进行三维建模,将模型简化然后导入软件ADAMS进行运动仿真,得到旋耕刀运动轨迹曲线和前悬挂装置主要杆件的受力,针对主要杆件和旋耕刀的工作载荷,在软件ANSYS中进行力学分析,结果表明,主要杆件受力满足强度要求,验证了结构设计的可靠性。     

耕作部件对带状旋耕耕作质量的影响研究

应绿色可持续农业的发展要求，带状免耕播种技术在我国南方稻麦种植区得到推广与应用。为简明耕作部件对带状旋耕耕作质量的影响，在280、380和510 r/min刀轴转速下对凿型旋耕刀、直刃旋耕刀和IT225型旋耕刀进行田间耕作试验。试验结果表明，影响耕作质量的主要因素是耕作部件形状和刀轴转速。在刀轴转速为510 r/min时，IT225型旋耕刀创造的土壤回填率只有7%，土壤回填效果明显低于具有较小正切刃的直刃旋耕刀和凿型旋耕刀。凿型旋耕刀能够创造出较好的回填和土壤破碎的效果，但由于其没有侧切刃无法创造出整齐的种床截面。在刀轴转速为180 r/min时，凿型旋耕刀造成的种床截面扰动率高达20%。直刃旋耕刀能够形成齐整的种床截面和高于50%的土壤回填率，但产生的土壤破碎体粒径过大，不能满足播种的需求。本研究为带状旋耕耕作部件优化指明方向，即兼顾直刃旋耕刀和凿型旋耕刀的特点，将两种或几种刀具进行有机结合，以满足不同土壤条件下带状旋耕播种的需求。     

基于ANSYS/LS-DYNA旋耕刀具的土壤切削数值模拟

本文运用Creo Parametric 2.0对多功能耕作起垄机旋耕刀具进行有限元建模,并通过ANSYS/LS-DYNA对旋耕刀具切削土壤进行显示动力学分析,探讨了旋耕起垄复合刀具的切削过程,分析了旋耕刀具的力学特性及切削土壤时功耗的大小,旨在揭示旋耕刀具切削土壤的工作机理,为多功能起垄机的动力选型和结构参数的优化设计提供科学依据。     

基于东方蝼蛄爪趾的仿生旋耕刀设计与试验

为了降低旋耕刀耕作时的能耗,本文基于东方蝼蛄前足爪趾轮廓拟合曲线的特征,利用逆向工程技术将东方蝼蛄前足爪趾1、2、3、4的轮廓曲线依次排列于IT245国标旋耕刀的正切刃与回转半径末端边缘,设计了仿生旋耕刀。建立南方粘湿土壤旋耕刀相互作用仿真模型,分析不同刀轴转速下国标旋耕刀、仿生旋耕刀扭矩和三向阻力的变化规律,结合室内土槽试验分析刀轴扭矩的变化趋势,验证离散元仿真模型的有效性。单刀受力仿真分析表明,仿生旋耕刀与国标旋耕刀的水平阻力、垂直阻力与侧向阻力均随着刀轴转速的增加而逐渐增大。在3种刀轴转速下,除侧向阻力以外,仿生旋耕刀受到的水平阻力与垂直阻力的最大值均比国标旋耕刀小。在刀轴转速150 r/min时,仿生旋耕刀较国标旋耕刀水平阻力与垂直阻力的最大值分别降低了9.91%与9.09%;在转速200 r/min时,分别降低了5.78%与9.74%;在转速250 r/min时,分别降低了4.95%与6.38%。土槽扭矩试验表明,仿生旋耕刀与国标旋耕刀的仿真值与试验值变化趋势相同,且随着刀轴转速的增加扭矩逐渐增大,最大相对误差为13.23%。在3种刀轴转速下,仿生旋耕刀较国标旋耕刀平均扭矩分别降低了10.53%、4.46%、3.49%。本研究可为旋耕刀减阻降耗和耕作能耗分析提供借鉴。     

基于离散元法的筑埂机旋耕切削性能研究

为提高水田筑埂机筑埂质量和工作效率,探究旋耕弯刀的结构参数和工作参数对筑埂机旋耕切削性能的影响,构建了旋耕弯刀—土壤的离散元模型,同时对旋耕弯刀工作时复杂的受力情况进行分析。以IT245旋耕刀为基础,设计了几种不同的旋耕刀片,分别以旋耕弯刀结构参数和工作参数为试验因素,单位幅宽扭矩和扭矩为试验指标,进行两组正交试验。通过极差分析,得到影响旋耕弯刀功耗的3种主要工作参数,并探究其对旋耕弯刀碎土效果的影响规律。综合分析得到旋耕弯刀参数最优组合为:正切面端面刀高60mm,侧切刃包角27°,弯折角120°,幅宽60 mm,工作转速300 r/min,前进速度0. 3 m/s,工作深度100 mm。该研究为探讨刀具与土壤相互作用机理、降低水田筑埂机作业能耗及提高碎土效率提供了参考。     

基于SolidWorks Simulation弯形旋耕刀有限元分析

本文以小型旋耕机械作为平台,弯形旋耕刀为研究对象,对旋耕刀进行尺寸参数设计,分析旋耕刀工作时的应力、应变、位移状态。采用SolidWorks三维软件结合设计尺寸参数建立旋刀三维模型。根据旋耕刀工作参数计算出旋耕刀工作载荷F=428.16N,通过Solid-Works Simulation插件在工作载荷的作用下分析校核旋耕刀。结果表明,刀尖变形量最大,为0.249mm,刀柄所受的应力最大,为48.65MPa,远小于许用应力300MPa,满足工作要求。本研究为小型旋耕机械的旋耕部件改进设计提供了参考依据。