基于颗粒放尺效应的逆旋开沟机刀辊功耗分析与试验

为探究粗粒化建模对逆旋开沟机刀辊功耗的影响,提高离散元法的计算效率,该研究以1K-50型开沟机开沟部件为对象,利用EDEM软件构建适于南方葡萄园土质环境的刀辊-土壤离散元模型,将仿真模型中的土壤颗粒分别放大2~5倍进行开沟仿真试验,对刀辊功耗、工作阻力及土壤运动状态进行分析。结果表明:在土壤颗粒直径为5 mm、刀辊转速132 r/min、前进速度0.06 m/s、开沟深度0.3 m工况下,刀辊稳定作业阶段的功耗、水平阻力及垂直阻力平均值分别为3.73 kW、923.85 N和148.30 N,仿真功耗相对实际功耗的误差为9.9%。开沟仿真过程中刀辊的功耗、工作阻力平均值及土壤运动状态随放尺比例的变化而变化,其中刀辊功耗与水平阻力平均值随放尺比例增大而减小,垂直阻力平均值随放尺比例先减小后增大再减小,且增大放尺比例使得土垡从刀片正切面的抛出时刻提前,抛出速度减小,土垡逐渐松散,壅土高度增加,但不改变正切面上各深度土层的土壤分布顺序。放尺比例为2~5时,仿真计算时间相较原尺状态减少99%,但仿真功耗相对实际功耗的误差超过32%,当放尺比例为1.2时,能够将功耗相对误差控制在11.1%,仿真时间为22.9 h,仿真数据量313.72 GB。研究结果可为农机领域离散元放尺计算及构建刀辊-土壤粗粒化模型提供一定参考。

林地开沟机刀具优化设计与试验

针对林地开沟条件恶劣、开沟困难的情形,设计一种开沟刀,对设计的开沟刀进行切削土壤研究与参数优化。利用LS-DYNA建立开沟刀—土壤切削有限元模型,得到开沟刀土壤切削过程等效应力、切削阻力以及切削能耗的变化规律。以平均切削阻力为指标,建立正交仿真试验,探究刀片厚度、刃倾角和刀片切削速度对平均切削阻力的影响。正交仿真试验结果表明:平均切削阻力最小时的最优参数组合为刀片厚度6 mm,刃倾角45°,刀片切削速度2 m/s;各因素影响平均切削阻力的顺序为刀片切削速度>刀片厚度>刃倾角。对优化后的开沟刀进行静力学分析,刀具的强度与刚度满足要求。林地试验开沟刀切削阻力平均值为232.6 N,试验值与仿真值误差为7.1%,表明开沟刀—土壤切削模型可用于开沟刀参数优化。

可换向水平轴圆盘开沟机的设计

针对开沟机特别是旋转圆盘式开沟机的发展现状,设计了一种可换向式水平轴圆盘开沟机。该机能够克服传统旋转圆盘式开沟机只能单侧开沟的不足,并对其关键工作部件进行了全面的设计。通过样机的试制和试验,效果良好,达到了设计的各项要求,为果园作业又增添了新型机具。可换向式开沟机具有灵活的特点,能够在果园环境工作,弥补了传统机具这方面的不足。

基于DEM-FEA的圆盘开沟机刀盘的力学特性分析

圆盘式开沟机因具有开沟效率高、作业效果较好和维护成本低的优点而被广泛应用。本文以圆盘开沟机刀盘为研究对象,采用DEM-FEA的方法对刀盘在额定工况下的力学特性进行了仿真分析。主要结论如下:刀盘内侧刀片尾端的应力较大,最大值为150.9MPa,该值远小于材料的屈服强度380MPa,但是由于应力较大,而且内侧刀片随着刀盘的转动将受到外力的交替作用,容易产生疲劳断裂;处于切削工作状态的圆盘刀片和内侧刀片的变形量大于其他刀片,最大变形值为1.37mm,变形值较大,虽然不会影响开沟质量,但可能加速刀片的疲劳失效;刀盘前四阶模态的振动频率范围为56.05~106.44Hz,在额定工况下,刀盘不会发生共振失效。

海底射流开沟机模型试验及效果分析

为了保证海底管道与缆线的安全和稳定,人们采用了许多措施。其中,最为经济有效的方法是利用开沟机等相关设备将管道或缆线埋入海底。本文研究水下开沟,设计了一款具有轻型结构、可自主推进的水下射流开沟机,并对加工完成后的样机模型开展了水下开沟的试验。验证了所设计的开沟机在淹没状态下不仅可以完成自主推进工作,还能在管道流量达到50 m 3/h时破坏抗剪强度为8 kPa的沙土,最大沟深可达0.41 m,为后续的模型优化以及管线埋设提供理论与依据。

海底冲射式开沟机技术进展

总结已有的冲射式开沟机,包括冲射式开沟滑撬、自推进爬行开沟机、开沟型ROV和非接触式控流开沟机的技术特点,认为冲射式开沟滑撬技术门槛和成本较低,适合在近海浅水区域作业,而自推进爬行开沟机和开沟型ROV则适合深水区的开沟作业,非接触式控流开沟机适应性最广,几乎可以在所有水深和除基岩外的所有地质状况下工作。新型海底开沟机将向着智能化、大型化、宽适应性和高效率几个发展方向。

对1KL-25型立式旋转开沟机的改进建议

开挖沟渠是一种繁重的体力劳动,一个强劳力在粘重土壤上开沟,一天只能挖100m,还不包括取土、碎土和覆土的劳动量。因此,农民普遍希望能有一种有效地减轻人畜力开沟劳动强度、对田块适应性好、质量高的开沟机具。但是,就现有的开沟机具来讲,难以满足上述要求,例如昆明市农机研究所研制的1KL-25型立式旋转开沟机,它在实践中暴露出了一些缺陷,达不到理想的工作状态。主要问题:①机具的适应性较差,阻力稍大一点,拖拉机就会冒黑烟超载运行;②土块抛得太远。

葡萄园反转双旋耕轮开沟机的研制

开沟施肥是葡萄园生产过程中的重要环节。传统的葡萄园开沟施肥通常是人工挖掘填埋,劳动强度大,工作效率低。为了提高开沟效率,通过对葡萄园环境及其开沟农艺要求的分析,设计制造了一种驱动型葡萄园小型开沟机,该机为旋耕刀以反转方式进行开沟工作,抛出的土由挡土导流板引导落在沟的两旁。对开沟机进行的性能试验结果表明:该开沟机2次作业开出的沟深可达500mm左右,沟宽超过200mm,且沟壁光滑、沟型整齐平直、沟中残留碎土少,满足葡萄园农艺要求;该机开沟部件碎土、抛土性能好,整机操作灵活,能适应葡萄园管理要求,也可用于其他果园、茶园、农田等开沟作业;该开沟机成本低,经济效益较好。

1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验

为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950kPa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式>前进速度>刀辊转速>开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150r/min,前进速度为0.06m/s,开沟深度为0.15m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。

旋耕开沟机横向抛土性能试验

旋耕开沟机开沟作业的横向抛土性能是衡量开沟机作业质量的重要指标.以湖南农业大学研制的2BF-6型稻茬田油菜免耕联合播种机配套旋耕开沟机为试验样机,分别对其横向抛土性能进行单因素试验和多因素正交试验,并对多因素正交试验结果进行了极差分析和方差分析,找出了影响横向抛土性能的主要因素与工作参数的最优组合,为优化开沟机的结构参数提供了理论依据.

开沟机作业功耗的正交试验分析及其优化设计

为了研究各种因素作用对开沟机作业功耗的影响规律,并实现对开沟机作业功耗的优化设计,根据传统经验和已有研究结果,对影响开沟作业功耗的主要因素——开沟深度、前进速度和土壤坚实度进行设计并实施了正交试验,再根据试验结果进行了影响作用的极差分析和方差分析,得出各个因素影响的主次顺序依次为:开沟深度>土壤坚实度>前进速度,根据正交试验结果,采用二阶响应面法建立了开沟机作业功耗的优化模型,并将实测试验数据代入到模型中,从而在试验中加以计算验证.试验结果表明:功耗响应面模型的计算值与试验值的误差在10%以内,这说明建立的功耗优化模型具有较高的工程实用性,可为开沟机产品设计人员选择节省功耗的参数组合和操作人员选择功耗匹配的拖拉机提供理论依据.

1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机设计与试验

针对我国缺乏农田水渠开沟专用装备的现状,设计了1KY-40型液压驱动农田水渠开沟机。该设备采用牵引式结构,开沟作业的动力由独立的液压系统提供,利用液压马达带动开沟刀盘旋转,开沟刀盘能同时实现切土和抛土的功能,开挖出梯形截面水渠。同时,设备集成了GPS拖拉机自动导航系统,提高了开沟直线度。田间试验结果表明,在土壤含水率15.8%,土壤坚实度0.31 MPa情况下,样机作业速度能够达到0.12 m/s,开沟深度407 mm,梯形断面的沟面宽度984 mm,沟底宽度305 mm,开沟深度稳定性可以达到97.1%,在使用拖拉机GPS自动导航的情况下,开沟最大直线偏差能控制在90 mm以内,机具能够稳定地一次性开挖梯形断面水渠,设备在北京、江苏、黑龙江等地开展了田间试验,均能在当地土壤条件下完成梯形截面水渠的开沟作业。

基于多体动力学的圆盘式开沟机虚拟仿真与功耗测试

目前圆盘式开沟机功率消耗主要通过理论计算或样机试制后的田间试验等方法得出,测试结果受环境、设备精度影响较大,为此提出了利用虚拟测试平台评估圆盘式开沟机功率消耗的方法。首先建立圆盘式开沟机工作部件的ANSYS动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟圆盘式开沟机在开沟深度400 mm、前进速度0.8 km/h、刀盘转速180 r/min和开沟深度500 mm、前进速度1.5 km/h、刀盘转速220 r/min 2种工况下的功率消耗,仿真结果为31.26 kW和32.67 kW;然后构建相同工况的田间功耗测试系统,测得的实际功耗为33.57 kW和35.41 kW,仿真值与实测值相对误差分别为6.88%和7.73%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种开沟深度、2种前进速度和3种刀盘转速因素组成18种开沟工况,对其进行仿真分析,结果表明:刀盘转速在200 r/min时,无论前进速度高低,圆盘式开沟机均具有最低的功耗。

1KL-100型立式螺旋开沟机的设计

主要介绍农用立式螺旋开沟机的设计方案、工作过程及开发前景。该机工作部件为锥形螺旋，它具有作业质量好、工作效率高等特点，填补了国内螺旋开沟机的空白。

仿生式开沟机出土过程的运动学分析

仿生式开沟机出土时 ,运动比较复杂 ,为获得合理的设计参数 ,使开沟机具有理想的出土性能 ,对其进行了运动学分析 ,获得了开沟机工作部件——铁锨在出土过程中的速度变化数学表达式 ,为开沟机出土时所需的最大功率和平均功率的计算提供了依据。

旋耕式秸秆深埋还田开沟机设计与试验

针对铧式犁在秸秆深埋还田作业过程中作业效果不理想的缺点,研制了一种能够应用于大田秸秆深埋还田的旋耕式开沟机。首先,利用SOLIDWORKS三维软件进行了总体结构及关键部件设计,研制了1KG-70型秸秆深埋还田开沟机,并对关键部件进行了动力学分析,建立了动力学数学模型;其次,利用ADAMS仿真软件对关键部件进行了仿真分析,表明开沟刀片采用对称布置有利于开沟刀轴工作平稳;最后,以旋耕式秸秆深埋还田开沟机前进速度、旋耕转速、导土板角度为试验因素,抛土距离为试验指标,采用正交试验方法进行了田间试验,通过方差分析研究了不同因素对试验指标的影响,优化了旋耕式秸秆深埋还田开沟机结构参数。分析结果表明:前进速度和导土板角度对抛土距离影响极显著,旋耕转速对抛土距离影响较显著。田间试验结果表明:前进速度为1m·s-1、旋耕转速为300r·min-1、导土板角度为60°时,平均抛土距离为85cm,碎土率为96.7%,说明该旋耕式秸秆深埋还田机具有很好的碎土效果并能满足抛土要求。

国内外果园施肥开沟机的研究现状

随着人们生活水平的不断提高,水果的消费量逐年增加,林果业的种植面积迅速增长。开沟施肥是一项繁重的体力劳动,因此对果园施肥开沟机进行研究,对于满足人们对水果的需求、降低果农劳动强度及提高劳动效率有重要意义。为此,阐述了国内外现有开沟机的主要类型、开沟原理及特点,介绍了开沟机的发展现状。同时,指出了国内开沟机发展过程中存在的问题,并提出了相应的对策。

基于MATLAB的链式开沟机功耗的优化设计与分析

功耗是评价链式开沟机性能优劣的重要指标,作者以自行研制的链式开沟机为研究对象,借助运动学分析和数值模拟技术,对影响其功耗的结构与运行参数进行了优化设计与分析。研究表明,开沟机水平移动速度ve、链条运动速度vr、链条水平倾角α是影响开沟机功耗的3个主要的独立可变参数。根据实际生产对链式开沟机高效与低耗的要求,以功耗最小为目标函数,建立了开沟机的优化设计数学模型,并运用MATLAB工具开展了开沟机功耗的优化分析。试验表明,优化后的开沟机功耗较设计水平下降了11.71%。研究结论对链式开沟机的优化设计及其动力选择具有重要的参考价值。

圆盘式果园开沟机刀盘作业模态分析

以果园开沟机的开沟装置为研究对象,设计了开沟机的传动机构,使用SolidWorks进行各齿轮造型并根据实际传动比进行配合,此齿轮传动为减速传动。利用Inventor对开沟机进行三维造型,并对开沟装置进行模态分析。结果表明:弯曲变形是开沟机发生破坏的主要形式,开沟机工作转速符合模态分析的要求,不会与开沟机主体发生共振破坏;开沟装置设计合理,为进一步对开沟机进行优化设计提供了数据参考。

果园有机肥深施圆盘开沟机研究现状及发展对策

我国的林果业种植面积日趋增长,而现有果园开沟施肥机械已经不能满足当今劳动力短缺的现状,因而加强果园开沟施肥机的研究对降低劳动力及提高作业效率等有重要意义。为此,阐述了国内外果园有机肥深施圆盘开沟机的现状,并针对不同结构圆盘式开沟机进行研究分析,根据有机肥深施圆盘开沟机存在的问题,提出了相应的对策。