深松铲入土力学分析与振动减阻机理研究

对深松铲入土时与土壤的力学作用进行分析,得出土壤的变形阻力是影响牵引阻力的主要因素,从而提出振动减阻机理,即利用振动使土壤从无结构转变为有结构,达到减小耕作阻力、提高作业质量、降低能源消耗、提高生产效率的效果。     

基于耦合式仿生海豚深松铲的作业机理分析

针对目前深松作业中耕作阻力过大、深松铲磨损严重等问题,课题组应用高压气流土壤劈裂理论,借鉴仿生学原理,建立耦合数学模型,揭示气压耦合深松复杂应力作用下深松铲受力特性,确定最优减阻效能目标函数,利用遗传算法进行拓扑优化,以期得到气压耦合海豚深松铲关键部件结构最优减阻参数,为耦合式仿生海豚深松铲的研制及推广提供科学依据。     

仿生耐磨减阻深松铲的研究现状

深松铲在作业过程中存在工作阻力大、磨损严重的问题,因此良好的耐磨减阻性能和冲击韧性对改善深松铲的作业效果、延长深松铲的使用寿命具有极其重要的意义。仿生是深松铲优化设计的一种有效方法,本文归纳了仿生深松铲研究的生物仿生原型以及采用的仿生方法,从动物爪趾形态仿生、生物表面特殊几何结构仿生和复合仿生的角度,对仿生深松铲的耐磨减阻性能研究现状进行分析和总结。并基于已有研究提出仿生深松铲在未来的研究中向生物的力学特性仿生、功能特征仿生方面拓展,可以将鸟类、植物等的耐磨减阻特征作为新的仿生探索领域,也可以尝试将仿生设计与表面改性技术等其他技术方法相结合进行研究,以期为仿生深松铲的耐磨减阻性能研究提供参考,促进深松铲的耐磨减阻性能优化设计研究。     

楔形自润滑深松铲的结构设计与减阻试验

深松是实施保护性耕作的基础,在实行保护性耕作的初期更是必不可少的作业环节,能够打破犁底层、降低土壤容重、改善耕层结构。实现深松的主要工具是深松铲,其品质决定了深松效果。针对深松铲在工作过程中耕作阻力较大的问题,设计出一种楔形自润滑深松铲,借助SolidWorks软件进行结构设计及仿真分析,并在实验室进行减阻试验。试验结果表明:在相同试验条件下,楔形自润滑深松铲与传统深松铲对比,耕作阻力降低14.60%~21.17%,减阻率的平均值为18.28%,减阻效果明显。     

可拆装式凿型深松铲的设计及有限元分析

针对我国南方地区土壤粘性大加重常规深松铲工作阻力的问题,研制一种入土性能好、工作阻力小的凿型深松铲,并通过改进凿型铲刀的边缘形状和入土角度、铲柄的形状曲线来实现。同时,借助ANSYS Work bench对设计的铲刀进行结构静力学分析,结果表明:在最大耕深的条件下,深松铲最大应力和应变分别为378.82MPa和0.0019mm,小于深松铲所选材料的屈服强度。这表明,设计合理,可为南方深松铲的设计提供可行方案。     

仿生深松铲结构设计与有限元分析

深松技术是旱地保护性耕作体系中的重要技术措施之一,高效节能是深松技术的发展方向。深松铲所受阻力是深松耕作的主要阻力来源。通过对金龟子和家鼠的足趾结构的研究,设计了一种新型的深松铲结构。结合四川的土壤条件,采用Drucker-Prager模型,利用有限元分析软件Abaqus对深松工艺数值仿真。在20℃常温和23°切削角的条件下,与JB/T 9788-1999深松铲比较,新型深松铲土壤应力分布和土壤扰动轮廓一致,深松铲所受土壤的反作用力减小,在相同前进速度和耕作深度的情况下,功率消耗降低了20.6%。     

主动润滑减阻曲面深松铲设计与试验

针对深松作业阻力大、牵引能耗高、作业效率低等问题,提出了一种针对低含水率、高紧实度耕作土壤的曲面深松铲主动润滑减阻和土壤改良复合作业方案。首先,在三维扫描获得曲面深松铲三维模型的基础上,通过离散元法分析了曲面深松铲作业过程中深松铲与土壤颗粒间的互作特性,确定了铲体最大摩擦接触面作为主动润滑减阻面;其次,提出了主动液体润滑减阻思路,并借鉴蚯蚓体液分布构形与体表织构,分别在铲面和铲尖的最大摩擦接触面上,设计了沟槽形式的表面构型与节流孔等润滑面结构以及润滑介质泵送系统,形成了主动润滑减阻曲面深松铲;最后,以作业速度、润滑液流量为试验因素,以水平方向作业阻力为主要指标,在两种土壤条件下进行了大田试验。试验结果表明：在褐土地作业环境下,当作业速度为3km/h、润滑液流量为12L/min时,减阻率可达13.48%;在盐碱地作业环境下,当作业速度为1.87km/h、润滑液流量为12L/min时,减阻率可达19.87%;初步证明主动润滑减阻作业模式在低含水率、高紧实度土壤中具有较好减阻效果。     

主动润滑减阻曲面深松铲设计与试验

针对深松作业阻力大、牵引能耗高、作业效率低等问题,提出了一种针对低含水率、高紧实度耕作土壤的曲面深松铲主动润滑减阻和土壤改良复合作业方案。首先,在三维扫描获得曲面深松铲三维模型的基础上,通过离散元法分析了曲面深松铲作业过程中深松铲与土壤颗粒间的互作特性,确定了铲体最大摩擦接触面作为主动润滑减阻面;其次,提出了主动液体润滑减阻思路,并借鉴蚯蚓体液分布构形与体表织构,分别在铲面和铲尖的最大摩擦接触面上,设计了沟槽形式的表面构型与节流孔等润滑面结构以及润滑介质泵送系统,形成了主动润滑减阻曲面深松铲;最后,以作业速度、润滑液流量为试验因素,以水平方向作业阻力为主要指标,在两种土壤条件下进行了大田试验。试验结果表明：在褐土地作业环境下,当作业速度为3 km/h、润滑液流量为12 L/min时,减阻率可达13.48%;在盐碱地作业环境下,当作业速度为1.87 km/h、润滑液流量为12 L/min时,减阻率可达19.87%;初步证明主动润滑减阻作业模式在低含水率、高紧实度土壤中具有较好减阻效果。     

仿生偏柱式减阻深松铲设计及离散元仿真分析

过大的深松阻力是限制深松作业效果及深松机推广的重要原因之一,而深松阻力主要由深松铲引起,因而改进其结构、减小其作业阻力将有助于节能降耗及深松作业的推广。以善于挖掘的竹鼠及蚁狮幼虫为仿生对象,应用三维扫描仪对竹鼠爪趾及蚁狮幼虫进行结构获取,建立竹鼠爪趾及蚁狮幼虫背部的三维曲面。应用逆向工程原理提取优异的挖掘曲线,据此建立偏柱式深松铲三维模型。以深松深度、深松铲宽度及深松铲入土角为设计目标,设计出3种仿生偏柱式深松铲,并提出一种偏柱式深松铲铲柄的设计方法。应用EDEM软件对深松阻力进行模拟可知,深松铲铲柄及铲尖的仿生设计可有效减小其深松阻力,最大可减阻12.92%。仿生偏柱式深松铲设计将为深松铲结构优化提供新的设计思路。      

香蕉免耕地深松铲的设计与有限元分析

针对我国热带农业区香蕉地长期翻耕,土壤板结严重、肥力下降等问题,本文研究了一种基于免耕技术的香蕉地深松铲.主要设计了深松铲尖、深松刀刃和深松侧翼等关键部件,并确定了其主要结构参数.利用Pro/E三维软件、Hyper mesh和ABAQUS软件对深松铲进行外部结构研究和有限元强度校核,验证了该深松铲应用于我国热带农业区香蕉免耕地深松作业的可行性.     

行间深松机的深松铲设计及有限元分析

深松耕法是一种新的土壤耕作方法,其有打破犁底层,加深耕作层,改善耕层结构、提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的作用。针对东北地区常年作业土壤耕层较浅、土壤板结的问题,设计了一种行间深松机,并运用Solid Works软件对其深松铲进行三维建模。同时,运用ANSYS Workbench软件对深松铲进行有限元分析,主要包括静力分析、模态分析、等效应力和全位移分析。结果表明:深松铲的应力主要集中在铲柄与机架连接的位置,而且最大应力为38.72MPa;模态分析表明:振动频率间隔较大且不会发生共振。研究成果为深松铲的改进设计提供了参考。     

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。     

三七收获机挖掘铲减阻特性分析与试验

针对丘陵山区三七机械化收获挖掘阻力大和根茎损伤率高的问题,以不同铲型挖掘铲为研究对象,开展三七收获机挖掘铲作业机理与参数优化对比试验。通过理论分析与力学计算,确定各铲型挖掘铲主要结构参数,并通过Solidworks建立挖掘铲三维模型。开展4种铲型挖掘铲的位移流向仿真对比试验,追踪根茎颗粒和土壤颗粒空间运动轨迹,获得三轴位移分部,表明野猪头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲面通过改变土壤颗粒流动方向,从而降低挖掘阻力。利用Design-Expert 13软件,以挖掘铲铲长、铲宽和铲刃倾角为试验因素,以挖掘阻力为试验指标进行组合试验,得到最优作业参数组合为：铲长354mm、铲宽40mm、铲刃倾角70°,在该组合下平均挖掘阻力为439.75N。开展高速摄影试验,获取三七根茎和土壤运动轨迹,结果表明三七根茎和土壤颗粒运动趋势与仿真试验一致,验证离散元模型可靠性。搭建试验台架,以入土角、铲片间距和挖掘速度作为试验因素,以挖掘阻力作为试验指标进行正交试验,得到不同工作参数对挖掘阻力影响的主次顺序为入土角、铲片间距、挖掘速度,最优工作参数组合为入土角15°、铲片间距80mm、挖掘速度0.4m/s。综合评估挖掘铲减黏降阻性能,仿生式挖掘铲作业效果最优。     

船式拖拉机气层减阻研究

为预估不同含水率的水田土壤气层减阻所需通气量,通过流变仪测得相应的水田土壤参数,并构建仿真模型进行了相应仿真试验.在试验过程中,分析了不同通气量下的船底气层覆盖情况以及不同通气量下的阻力变化,解释了其减阻机理,并采用公式的形式拟合了含水率与最优通气量的关系.研究发现:含水率为80％的水田土壤减阻率可以高达21.9％,对...     

木薯收获机二阶曲面铲的有限元静力学分析

针对木薯收获机中的新型挖掘铲,引入了虚拟倾角,建立二阶曲面铲的阻力模型;利用ANSYS软件对不同倾角组合下的铲面进行了有限元静力学分析,获得了二阶曲面铲应力和变形的分布云图,并进行了强度校核;最后,分析了倾角变化对应力和应变的影响,为二阶曲面铲的设计提供理论参考。     

多年生苜蓿地切根补播机低阻松土铲设计与试验

为降低多年生苜蓿地改良多用机械松土铲的水平阻力和土壤扰动量,根据食蚁兽爪趾外缘轮廓曲线模型,设计了一种新型仿生松土铲。基于多年生人工苜蓿地土壤特性,利用EDEM软件建立触土部件土壤相互作用离散元模型,以水平阻力和土壤扰动面积为主要评价指标,在不同作业条件下对仿生松土铲和轻型标准深松铲工作过程进行数值模拟,并进行田间验证试验。结果表明,仿生铲平均减阻率为7.64%,仿真值与实测值误差小于9%。为优化翼铲结构参数,以铲翼倾角和铲翼开角为试验因素,以传感器拉力测量值和沟槽宽度为试验指标,采用响应面分析法(RSM),进行二因素五水平旋转正交组合试验,得到各因素与指标之间的回归数学模型。采用粒子群优化(PSO)算法对回归数学模型进行求解,获取了Pareto最优解集,最终选取传感器拉力测量值为8.679 kN、沟槽宽度为144.2 mm,此时翼铲倾角为20°、翼铲开角为105.6°。田间验证试验表明,实测值与预测值相对误差小于6%,说明基于RSM和PSO的多目标参数优化方法具有科学性和可行性。     

苏打盐碱地改良剂喷施自润式减阻深松机的设计与试验

合理的机械化深松作业可有效改善苏打盐碱地各项理化指标,作业后,土壤p H值优化均值为0. 25个单位,电导率平均降幅为0. 41ms/cm,且其容重、入渗率等均有明显改善。根据前期的试验结论,用较室温低12℃的预混液喷施于深松铲铲尖背部后使铲尖整体降温,通过温差作用铲尖正面形成清晰、密集的液化液滴,作业时可通过该层液滴实现自润减阻,并在深松铲铲柄背部布置部分扇形喷头,实现深松作业与改良剂喷施一次性作业,提高了作业效率。当硫酸铝撒施量为土壤干重的6‰时,土壤p H值优化均值为1. 8个单位。为此,进行了适用于苏打盐碱地的改良剂喷施自润式减阻深松机的相关设计与试验。     

基于Inventor的生姜挖掘铲有限元分析

为降低生姜收获损失率高现象,以生姜收获机挖掘铲为研究对象,利用Inventor自带的三维建模模块建立生姜收获机挖掘铲部件模块,并使用有限元分析模块对其进行应力、应变分析,并与田间试验结果进行对比,比较理论计算结果与实际测得数据,进而验证所设计的挖掘铲合理性。     

多网格式深松机架的设计与有限元分析

针对深松机机架结构复杂、受载能力差等问题,设计了一种深松机,机架采用多网格式进行深松作业.运用ANSYS模态分析相关原理及田间试验对深松机机架进行分析.在SoliWorks中建立深松机的三维实体模型,运用ANSYS对深松机机架分析,机架采用三面体单元进行网格划分,建立有限元模型,选择分析类型,对深松机机架分析求解,计算...