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基于SPH算法的旋叶刀辊开沟数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
《甘肃农业大学学报》2017,(6):169-174
【目的】解决常规开沟刀开沟宽度和开沟深度不足,不能满足新疆地区葡萄开沟埋藤的种植模式的需求问题.【方法】本研究在原有刀具的基础上改进设计了风扇式旋叶开沟刀辊,利用逆向工程得到旋叶刀的三维模型,基于SPH算法对其进行切削土壤的显示动力学分析,得到最优的开沟工作速度及刀辊转速,并对旋叶刀辊的弯折角进行了分析,将其安装在相应动力的小型开沟机上进行了田间试验.【结果】一副刀辊单次开沟深度在200mm,宽度可达400mm以上,且刨土效果良好,沟底成圆弧形,开沟后土散落在沟两侧,经过两次开沟即可达到所需的要求.【结论】该旋叶刀辊的开沟深度和宽度满足了新疆石河子地区葡萄园的农艺要求. 相似文献
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基于ANSYS／LS_DYNA的螺旋刀具土壤切削的数值模拟 总被引：3，自引：1，他引：2
选择黄棕壤为土壤类型,观察螺旋刀具对土壤的破坏过程,建立了螺旋刀具的实体模型和MAT147(MAT FHWA_SOIL)的土壤材料模型;借助有限元ANSYS/LS_DYNA(显式非线性动力分析有限元软件)模块,构建了螺旋刀具切削土壤的有限元模型,并进行螺旋刀具切削土壤过程的三维动力学仿真,得出了开沟机螺旋刀具切削土壤功耗的大小和螺旋叶片的等效应力(von Mises stress)的变化规律及其力学特性. 相似文献
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《江苏农业科学》2019,(20)
针对目前设施蔬菜土壤连作障碍逐年加剧,设施蔬菜根结线虫病危害越来越严重,直接威胁经济作物的生产和农民的增收等问题,研制了一种土壤连作障碍综合消减装备,通过土壤深松装置理论计算得出,深松装置的生产率为36.00 m~3/h、链刀绝对运动速度为2.03 m/s、刀片切削厚度为6.800 mm、链刀高度为10.000 cm、链刀宽度为84.000 mm、链刀总切削阻力为748.000 N、总切削功耗为152.000 kW·s/m~3,通过经验设计与理论设计相结合确定土壤深松装置关键部件的设计,并运用SolidWorks软件建立整机三维参数化数字模型,并完成样机试制工作。为深入分析刀片与土壤互相作用的过程,建立了刀片-土壤的有限元模型,利用ANSYS软件中的显示动力模块LS-DYNA对链刀土壤切削过程进行仿真分析,得出链刀在土壤切削过程中等效应力的极值为2.15 MPa,切入土壤之后刀片上的等效应力逐步下降,稳定之后在0.5 MPa左右变化,当刀片运动0.028 s切入土壤中时,土壤的等效应力达到极值,为113 Pa,之后等效应力迅速减小,并稳定在20 Pa以下。样机的田间试验结果表明,该机深松深度为390.0～410.0 mm,平均沟深为395.0 mm,开沟深度稳定性系数为98.3%,平均开沟宽度为495.0 mm,开沟宽度一致性为98.5%;土壤团粒直径多在2～5 mm之间,全土层与地表100 mm土层团粒直径范围为3～35 mm,全土层与地表100 mm土层土壤团粒平均直径分别为5.85 mm与5.94 mm,碎土率分别为98.3%与97.2%,基本满足农艺要求。通过作业前后土壤紧实度的对比可以发现,深松后,土壤明显疏松,硬度下降,通透性提高。采用棉隆熏蒸+深耕深松的方式,移栽后40天的发病率仅为53.5%,相对于参照区域,降低了23.6%,相对于棉隆熏蒸+正常翻耕区域,降低了25.7%,相对于深耕深松区域,降低了7.8%,说明使用本设计的土壤连作障碍消减装置,可以降低土壤容重及硬度,并通过棉隆和土壤的深层搅拌,降低土壤连作障碍的发生率。同时可为果园、桑园、茶园等土壤连作障碍消减作业提供参考。 相似文献
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旋耕部件是微耕机的核心部件,其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象,基于离散元和多体动力学理论,设定前进速度为0.2 m·s-1,转速为110 r·min-1,耕深为150和200 mm,采用非线性粘弹性塑性接触模型,在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析;同时,依托已有的土槽试验平台,测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似,但数值并不一致,整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积;耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致,模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用,优化微耕机作业性能提供参考。 相似文献
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旋耕部件是微耕机的核心部件，其耕作性能的优劣直接影响微耕机的耕作效率和作业质量。以重庆地区典型的旋耕刀辊和土壤为对象，基于离散元和多体动力学理论，设定前进速度为0.2 m·s-1，转速为110 r·min-1，耕深为150和200 mm，采用非线性粘弹性塑性接触模型，在EDEM和Recurdyn软件平台上实现了刀辊耕作过程的模拟分析；同时，依托已有的土槽试验平台，测试了相同工况下刀轴的等效扭矩。模拟与试验的对比分析结果表明：同一刀轴上不同刀盘的扭矩变化规律相似，但数值并不一致，整个刀轴所受的等效扭矩不能简单地理解为单个刀盘所受扭矩与刀盘数的乘积；耕作深度为150、200 mm时刀轴等效扭矩的变化规律一致，模拟值与试验值的最大相对误差分别为14.01%、11.49%。研究结果可为探讨旋耕刀与土壤的相互作用，优化微耕机作业性能提供参考。 相似文献
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以一种果园立式螺旋开沟器为对象,土壤模型采用ANSYS切削仿真中最常用的MAT147材料模型,在动力学仿真软件LS-DYNA中计算开沟器在切削土壤过程中的能量变化,对得到的能量曲线求导得到功率曲线.结果表明,在基于SPH方法的土壤模型中,当刀具全部切入土壤中之后,开沟功率曲线在较小的范围内波动;保持刀具转速n和刀具参数不变,前进速度和平均功率满足斜率为2.7245的线性方程;在土壤模型有效条件下,土壤模型屈服表面推测参数Ah对于稳定切削时平均功率的影响不大;在Ah=2.59×10~(-6)、vy=0.5m/s的条件下,稳定切削平均功率为2.1611kW. 相似文献
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棉秆拔秆机拔秆装置的设计与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
为小型履带自走式棉秆拔秆机设计了拔秆装置。该装置主要由旋转刀辊、输送钉齿、压缩滚筒、清理滚筒等组成,针对南方行距不一的复杂地势,能实现不对行拔取,清理棉秆根部泥土,且不易拔断棉秆。对影响棉秆拔净率和拔断率的主要因素——机具前进速度、刀辊旋转速度、辊刀入土深度进行了单因素和多因素正交试验。结果表明:影响棉秆拔净率和拔断率的因素大小依次是辊刀入土深度、刀辊旋转速度、机具前进速度;当辊刀入土深度为15 cm、刀辊旋转速度为415 r/min、机具前进速度为0.8 m/s时,棉秆拔净率可达95.8%,拔断率仅为9.6%。 相似文献
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针对1GQ-1.6型中置铧式犁起垄机在高稻茬黏重土壤环境中作业壅泥缠草、沟边土壤堆积、厢面土块不细碎等问题,将原有中置铧式犁设置成双翼开沟犁,并在中置双翼开沟犁后部旋耕刀轴上左右对称设置分土螺旋,以最大土壤推送量为目标,设计了分土螺旋的螺旋叶片直径、螺距及螺旋升角;基于农艺要求的沟型,设计了双翼开沟犁犁体高度、宽度,研制出由机架、双翼开沟犁、可调深度机构、中间变速箱、分土螺旋和旋耕刀辊组成的螺旋分土开沟装置。室内土槽试验结果表明,中置螺旋分土装置工作性能的各项评价指标均符合国家标准和农艺要求,其中沟深稳定性系数和厢面平整度系数分别达到94.67%、97.53%。 相似文献
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针对圆盘式开沟机开沟方式、作业参数选择不合理,造成工作过程中功率消耗大的问题,通过理论分析和试验验证,研究开沟方式、作业参数与功率消耗的关系。对正、反转开沟过程进行运动学分析,建立开沟方式与开沟深度的适应性方程。利用室内土槽试验台,构建正、反转开沟功耗测试系统。单因素试验表明:当开沟深度为0~368mm时,反转开沟功率消耗大于正转开沟;当开沟深度为368~500mm时,正转开沟功率消耗大于反转开沟。采用正交旋转组合试验,研究了开沟深度、刀盘转速和前进速度对功率消耗的影响规律,得出各因素对正转开沟功率消耗影响的主次顺序是:开沟深度前进速度刀盘转速,对反转开沟功率消耗影响的主次顺序是:开沟深度刀盘转速前进速度。采用多因素单目标优化方法,建立功耗模型并求解得出,当开沟深度为185mm,刀盘转速为190r/min,前进速度为0.85km/h时,正转开沟功耗最小为29.47kW;当开沟深度为415mm,刀盘转速为217r/min,前进速度为1.03km/h时,反转开沟功耗最小为36.28kW。验证试验表明:2种开沟方式下,理论值和试验值的相对误差分别为7.32%和2.47%。 相似文献
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为明确玉米根茬根土分离过程中的土壤运动与破裂规律以及根茬变形与受力规律,基于光滑粒子流体动力学(SPH)算法构建玉米根茬根土复合体仿真模型,利用该模型分别进行了玉米根茬根土复合体在压力与冲击作用下的根土分离过程动态仿真。仿真结果表明:在压缩作用下,为使土壤破碎同时避免压实,应控制压缩率90%;当压缩率为90%时,玉米根茬大部分根须所受等效应力为0.421~2.907 MPa;采用飞锤冲击玉米根茬根土复合体,不仅可以有效促使土壤破碎,提高根土分离效果,而且可以减少根须所受应力,降低根茬损失率。 相似文献
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为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀–土壤进行建模,运用ANSYS/LS–DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12 m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84 N?m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42 N?m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。 相似文献
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《云南农业大学学报(自然科学版)》2015,(6)
开沟器是油菜播种机的核心部件。为提高有限元法在复杂土壤环境下的仿真精度,建立接近实际的土壤模型,了解茎秆混合物对切削阻力的影响,本研究运用LS-dyna软件对山区小型人力油菜播种机的开沟器切削茎秆和土壤的混合物进行了仿真。结果表明:开沟器以0.84 m/s前进和15 r/s旋转时,单个开沟器切削土壤的切削阻力最大值为14.4 N;切削茎秆和土壤的混合物时的最大切削阻力为536 N。通过理论计算验证了仿真的合理性,此研究为山区小型人力油菜播种机参数优化设计提供参考。 相似文献
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螺旋带状整地装置可解决传统全幅旋耕整地能耗高、土壤扰动大等问题,为探明螺旋带状整地装置工作参数对作业功耗影响规律,基于土壤强度破坏机理,建立螺旋带状整地装置切土、抛土功耗模型,得到螺旋带状整地装置作业功耗与结构参数、工作参数、土壤物理及力学性质函数关系.依据东北土壤物理和力学性质建立土壤离散元仿真模型,运用EDEM仿真试验,以入土角度、作业速度、螺旋叶片转速为试验因素,以作业功耗为试验指标,作二次正交旋转试验,得到影响螺旋带状整地装置作业功耗因素顺序为作业速度>螺旋叶片转速>入土角度;利用土槽试验台测定螺旋带状整地装置不同工况下作业功耗,并与离散元仿真值作对比,得出仿真值与实测值相对误差均值为8.34％,说明该离散元仿真模型可较准确反映螺旋带状带状整地装置作业功耗.研究可为螺旋带状整地装置结构优化、动力合理配套和功耗特性研究等提供参考. 相似文献
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由湖南农业大学自主研发的2BYD–6型油菜直播机,采用T245型国标旋耕刀,左右弯刀各20把,以阿基米德螺线排布,旋转半径为0.287 5 m。基于经典力学,提出旋耕作业过程中切割土壤体积的计算方法以及其受力平衡方程,计算刀片在作业过程中的切土扭矩和抛土扭矩,建立了旋耕功耗的计算模型,分析了旋耕功耗与直播机运动参数的关系。旋耕功耗模型计算结果表明,旋耕刀作业过程中,水平方向受力随着刀轴转速和直播机前进速度的增大而增加,垂直方向受力变化较小,直播机前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s时,旋耕功耗与刀轴转速呈线性关系,拟合方程分别为y=–4.481+0.101 6x、y=–4.947+0.109 0x、y=–4.466+0.113 0x。采用EDEM仿真模拟计算油菜直播机旋耕功耗,在前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s,刀轴转速为100～160 r/min条件下,与功耗模型计算结果的误差为2.51%～6.69%。 相似文献
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在坡地上进行旋转切削的刀辊,其切土深度沿刀辊轴线方向是变化的,使刀辊负载均匀性受到影响。因此在切土刀的安排上,应有与农用旋耕机不同的设计方法,根据切土深度不同,适当调整各把刀的宽度及沿圆周的安装夹角,有利于使刀辊负载均匀。文中给出了相应的计算公式和利用计算机进行调整计算的程序流程图。 相似文献
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双螺旋旋耕埋草模型刀辊工作扭矩试验 总被引：1，自引：0，他引：1
为研究双螺旋旋耕埋草刀辊对水田土壤耕整时的工作性能,以相似原理为理论依据,基于LabVIEW搭建扭矩测试平台,制作与原型大小比例为1∶2的模型刀辊,以工作扭矩为评价指标,以土壤含水率、前进速度、刀辊转速和耕深为试验因素,在室内土槽条件下对该模型刀辊的工作扭矩进行研究。单因素试验结果表明:在试验范围内,模型刀辊的工作扭矩随前进速度的增加而增大,随刀辊转速的增加而减小。选取L18(37)正交表,开展上述4因素对模型刀辊工作扭矩影响的正交试验,极差结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度及刀辊转速对模型刀辊的工作扭矩的影响程度依次降低,方差分析结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度对工作扭矩有极显著的影响,刀辊转速对工作扭矩影响不显著。 相似文献
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针对茶园机械化开沟减阻减耗需要,设计茶园节能型开沟刀,用于减小茶园开沟时的开沟功耗。通过理论分析确定节能型开沟刀侧切刃与正切刃曲线方程,通过离散元仿真方法确定侧切刃螺旋线终点处滑切角与正切刃在侧切刃平面内展开曲线终点处静态滑切角分别为62°、56°。对设计完成的节能型开沟刀进行田间试验,试验结果表明:在开沟深度为15、20、25 cm时,节能型开沟刀的开沟功耗分别为0.093、0.107、0.128 kW,均小于对照组通用开沟刀的开沟功耗,说明设计的节能型开沟刀在各个开沟深度均能够达到降低开沟功耗的目的。此外节能型开沟刀在不同开沟深度的沟深稳定性系数均大于90%,高于国家标准和对照组通用开沟刀试验结果,说明设计的节能型开沟刀在降低作业功耗的同时,可保证开沟质量。 相似文献
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干旱地区深松灭茬镇压联合整地机的研究与试验 总被引：1，自引：0，他引：1
为解决干旱地区现有保护型整地机功能单一、进地次数、镇压效果差等问题,设计一种深松、灭茬、镇压联合作业机。对深松铲与土壤的接触力学分析,设计弹簧缓冲装置,并对圆盘灭茬刀进行力学分析与试验。运用ANSYS模拟镇压辊与土壤接触过程,设计防粘土装置,对整机稳定性进行分析计算。田间试验结果表明:该机深松深度为(489.3±8.6)mm,深松稳定性94.6%,能完全打破犁底层;当机车前进速度为1.4m/s时,圆盘转速为500r/min,根茬粉碎率90.3%,碎土率89.3%,土地平整度30.8mm,整地效果较好。该机各项指标能够较好的满足设计要求。 相似文献