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《中国农机化学报》2017,(6)
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。 相似文献
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基于SPH/FEM耦合算法的土壤切削仿真与研究 总被引：2，自引：0，他引：2
ANSYS/LS-DYNA仿真软件,采用SPH/FEM耦合算法模拟旋转刀具切削土壤作业过程。在Solid Works中建立刀具—土壤模型,用ANSYS/LS-DYNA进行前处理,修改K文件建立耦合模型,在LS-PREPOST中查看LS-DYNA9 7 1求解结果 ,对数据进行二次处理,分析作业过程能耗变化及应力分布,为后期优化刀具提供依据。文中土壤本构模型采用MAT_147(MAT_FHWA_SOIL)材料,对材料屈服准则进行详细阐述,相比标准MohrCoulomb屈服准则,修改后的Mohr-Coulomb屈服准则引入了修正系数Ahyp,分析了Ahyp取值对屈服面的影响,得出Ahyp与土壤内聚力和内摩擦角关系;阐述SPH算法和SPH/FEM耦合算法,分别用FEM算法、SPH算法和SPH/FEM耦合算法模拟土壤切削过程。结果表明:在土壤切削前期,网格没有发生畸变时,3种方法模拟结果相近,随着有限元网格发生畸变,FEM算法产生了误差,验证了SPH/FEM耦合算法在土壤切削仿真过程中的可行性与准确性。 相似文献
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基于FEM-SPH耦合算法的土壤切削仿真研究 总被引：3，自引：0，他引：3
建立了旋耕刀和土壤的FEM-SPH耦合仿真模型,基于FEM-SPH耦合算法,采用MAT147土壤材料和国家标准Ⅲ型旋耕刀,结合LS-DYNA971求解器,对土壤切削仿真进行了研究。对旋耕刀切削土壤的耕作过程进行了数值仿真模拟分析,得到了切削力和切土能耗随时间的变化曲线;计算出旋耕刀单刀切土扭矩为8.75N·m,与试验结果接近。通过正交试验分析,耕作深度为主导因子,对切土功率影响较大,调整耕作深度可有效降低土壤切削的功耗,提高耕作效率。研究表明:FEM-SPH耦合算法可有效应用于土壤切削仿真,可为研究土壤的破碎机理和耕作器具的优化设计提供理论依据。 相似文献
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《中国农机化学报》2021,(6)
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。 相似文献
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田间原位综合耕作试验台设计与应用 总被引：2，自引：0，他引：2
土壤耕作试验台是开展耕作与种植机具性能试验的关键装备,通常采用室内土槽的形式,但室内重塑的土壤难以反映田间土壤固有的结构性和耕性。本文在前期工作的基础上具体阐述了田间原位综合耕作试验台原理,所设计的原位综合耕作试验台充分发挥室内土槽试验系统在控制精准、互换性强、测试对象及试验内容丰富等优势,为不同种类的牵引型与驱动型耕作部件的试验研究提供了专用的装备。试验台采用框架导轨的结构形式,整体吊装运输。在田间工作时4个立柱支撑在地面铺放的轨道上实现整体横向进位和纵向移动,兼顾长途运输、田间移位、以及在试验区测试过程精准定位的方便性。各种耕作部件都可挂接在多功能测试台车上完成测试,台车配有功能完备的传感器且设置动力驱动模块,提供驱动型耕作部件的驱动和信号测试功能。试验台的轨道提供测试台车的导向并通过电力拖动系统牵引测试台车,牵引速度在0~1 m/s范围内可调。试验台的升降由4个立柱上端的同步电机驱动,满足旋耕、犁耕、开沟器等测试过程的刀具入土及耕深控制要求。立柱的整体升降配合测试台车上的螺杆调节装置可以实现最大80 cm的深度调节。试验台配备完备的供电及控制系统,提高了田间试验的电气化程度。经检验所设计的原位综合耕作试验台满足多因子多水平田间测试的要求,节约试验用地并提高了效率。 相似文献
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基于离散元法的旋耕过程土壤运动行为分析 总被引：22，自引：0，他引：22
土壤与耕作部件间的相互作用规律是设计和选用土壤耕作部件的基础。研究土壤和耕作部件间的相互作用规律就是要研究耕作部件对土壤产生的作用和它们之间的作用力,首先必须探讨耕作部件工作时土壤运动规律和施加于土壤的作用力。为此本文建立基于离散元方法的旋耕工作模型;对比分析实验与仿真的土壤位移:在土槽实验中采用示踪块方法测量土壤位移,仿真中通过追踪表层土壤颗粒的运动获得仿真位移;利用实验和仿真数据对土壤位移和运动机理进行分析。结果表明:土壤水平和侧向位移都随着转速增加呈现增加的趋势;土壤的水平运动位移总是大于同转速下的侧向位移。浅层土壤颗粒的运动位移最大,中层土壤次之,深层土壤最小。较深位置的土壤,距离旋转中心越近的土壤颗粒水平位移和侧向位移越大。在旋耕刀切土范围内的土壤,有向相反方向运动趋势的浅、中、深层颗粒比例分别为26.2%、72.1%、48.4%。在水平力作用下,大部分土壤颗粒随着旋耕刀切土有向后运动的行为;土壤在开始时刻的侧向受力和侧向运动方向,由颗粒的侧向位置是否偏离侧切刃轴线决定,位于侧切刃轴线左侧的颗粒,则其侧向力向左,反之亦然;土壤在垂直方向先随着刀具入土向下运动,然后滑出刀刃边界被抛起。本文建立的仿真模型得到的土壤水平位移和侧向位移与相应实验值的误差为24.9%和15.3%。本文运用离散元法进行旋耕过程中土壤宏观和细观运动行为的分析,有助于理解旋耕刀与土壤的相互作用机理,为旋耕机械的设计与优化提供理论依据。 相似文献
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针对传统谷物免耕播种机在工作过程中开沟和施肥重复耕作导致土壤侵蚀和结构性等问题,采用了机械化方式,通过将开沟和施肥的两个功能合二为一,使用旋转刀具在土壤表面切割出直线形状的沟槽,并在沟槽中喷洒肥料。田间试验表明,该装置能够适应不同类型的谷物,适用于不同类型的土壤和地形条件,可以提高谷物播种效率和产量。研究结果旨在为保护性耕作技术的发展提供一种更加先进、高效和可持续的发展思路。 相似文献
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对标准型、缺口型和螺旋缺口型圆盘耙性能分别在室内3个装有沙壤土的土槽测试耕作圆盘的性能。实验室测试设置包括土槽系统和数据采集系统。双扩展八角形环（DEOR）传感器和滑环扭矩传感器,用于三维应力和扭矩测量。圆盘角和旋转速度是研究对象。对于所有型式的圆盘耙而言,使用外源动力驱动都可以减少土壤作用在耕作圆盘耙上的合力。形态各异的切割边缘显著影响耕作圆盘耙的受力和对土壤的切削作用。螺旋缺口圆盘耙表现出比缺口和标准圆盘耙低的土壤作用。螺旋切削刃提供剪切割行动,消除冲击载荷,提供流畅的操作。由于其能对作物残留物进行有效切割,因此,螺旋缺口圆盘耙是适合保护性耕作作业最具潜力的机具。 相似文献
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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。 相似文献
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拖拉机耕作阻力对耕作质量、耕作效率与耕作能耗都有影响,而拖拉机耕作阻力的影响参数很多,但每个参数的影响大小没有系统地量化。为此,通过实验数据与理论计算分析了耕作比阻、耕作深度、耕作幅宽、土壤容重、土壤含水量、拖拉机耕作速度、拖拉机质量、耕作路面、耕作机具结构等参数对拖拉机耕作阻力的影响,并基于变异系数法计算出一定变动范围下这些影响参数对拖拉机耕作阻力的影响权重值。结果表明:土壤容重、拖拉机速度、土壤比阻与耕作深度等对拖拉机耕作阻力的影响很大,且土壤容重的影响最大,其变异系数达0.735 1,权重值为0.298 0;拖拉机速度、土壤比阻、耕作深度的影响权重值分别为0.271 3、0.213 6、0.134 4,这4个参数的影响权重值之和达0.917 3,而其它参数的影响很小,特别是犁具起土角、拖拉机质量、耕作路面与土壤含水量的影响可以忽略。本研究为拖拉机耕作的自动控制与精准控制提供了依据。 相似文献
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驱动式马铃薯中耕机关键部件设计与碎土效果试验 总被引：2，自引：0，他引：2
针对传统锄铲式中耕机在粘重土壤作业中碎土率低、碎土后土壤粒径较大等问题,对驱动式马铃薯中耕机的关键部件进行了设计,通过对整体结构和工作原理的阐述,对由碎土刀与刀盘组成的耕作部件进行参数设计与运动学分析,并对碎土刀切削土壤过程的剪切应力进行理论分析,运用Matlab确定了影响剪切应力的因素参数范围。以碎土刀刀轴转速、前进速度、耕深、碎土刀折弯角和刃口长度为因素,以碎土率为指标进行了试验台试验,并进行了正交回归方差分析。试验结果表明:在刀轴转速为275 r/min、前进速度为0.75 m/s、耕深为0.18 m、碎土刀折弯角为150°、刃口长度为0.07 m时,耕作后土壤碎土率为93.8%。试验确定了碎土刀的最优结构参数,所设计的碎土刀能增强碎土效果,关键部件的设计满足马铃薯中耕作业耕深、碎土要求。该研究基本解决了中耕过程中碎土率低、碎土后土壤粒径较大等问题,作业效果更加明显,为马铃薯中耕机的设计改进与优化提供了理论支撑和技术参考。 相似文献
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湿粘水稻土的深耕松对作业机具设计与作业参数的要求不同于旱作制,为探究水稻土条件下土壤深松扰动过程及其内在相互作用机理,本文结合田间实测土壤物理参数,借助离散元EDEM软件,建立适用于粘性水稻土的深松耕作离散元模型。利用粘性水稻土模型对水稻土的机械深松耕作过程进行离散元模拟仿真,并结合田间试验结果对机具耕作阻力、土壤宏观扰动进行对比验证,进一步从仿真的角度揭示深松土壤扰动的微观过程、土壤失效破碎的微观机理。结果表明,该模型下深松耕作阻力平均误差为6.63%,土壤扰动的起垄宽度平均误差为4.39%,起垄高度平均误差为19.22%;DEM仿真对土壤的微观扰动过程分析进一步论证了宏观试验测试结果及假说的正确,并且能够从土颗粒接触力学层面表达土壤扰动的边界生成、土体内部破碎等过程;结合DEM仿真角度提出的反映土体破碎程度指标——断裂系数,与传统试验的指标参数碎土系数对比两者误差为3.46%,该指标更有利于对土壤破碎过程微观机理的表达。 相似文献
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为解决现有超深旋耕刀具作业时存在的土壤扰动大、表层土壤破碎度低的问题,采用SPH方法建立现有刀具-土壤作业系统模型,开展仿真研究,分析刀具对土壤的作用过程,从而揭示现有刀具作业时土壤扰动大、表层土壤破碎度低的原因;而后,开展超深旋耕刀具结构创新设计,构建3种新型刀具,并对其扰动效果进行仿真分析,优选出性能最佳的新型刀具,最后与现有刀具的作业性能做对比分析。研究结果表明：现有刀具的螺旋叶片触土面积大,对土壤的推挤和抬升作用大,是土壤扰动大的原因,而刀具上方的切割刀片数量少,难以切碎大幅扰动的表层土壤,导致其破碎度低;与原刀具相比,优选的新超深旋耕刀具对表层土壤的竖直方向扰动量减小了67%,且表层土壤的质量中值下降了42%,功耗幅宽比减小11.67%,能有效减小土壤扰动,提高表层土壤破碎度,同时降低功耗。 相似文献
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