船式拖拉机直线工作参数优选研究

为提高船式拖拉机驱动性能,以单轮叶为研究对象,结合离散元法搭建了仿真模型与土槽试验平台,分析单轮叶与土壤的直线作业机理。验证仿真模型的有效性后,从单轮叶与土壤作业过程出发,对单轮叶直线作业过程受力进行了分析,发现单轮叶推进力和支撑力均随着转过角度的增加呈现先增加后降低的趋势变化。以单轮叶推进力和扭矩作为评价指标,探究单轮叶工作参数对驱动性能的影响规律,通过多因素法得到最佳的工作参数组合。研究结果表明:最优工作参数组合为入土角度11°、入土深度147mm、前进速度1.6m/s,此时轮叶推进力为172.51N、扭矩为69.82N·m,优化后的单轮叶推进力提高了40.82N,扭矩下降了34.77N·m。土槽试验表明:优化后的单轮叶损耗功率降低明显,驱动性能得到了有效提高,结果为船式拖拉机工作参数选择提供了理论依据。

基于离散元法的船式拖拉机直线驱动性能研究

以叶轮直叶片为研究对象,构建了单轮叶—土壤离散元模型,充分校核模型准确性后,分析了轮毂宽度对各个最优参数的影响规律以及叶片在不同速度下叶片长度最优值的变化情况。对实际工况下的叶片结构参数进行优化设计,以单轮叶叶片长度、轮叶厚度、轮叶驱动面倾角、轮叶非驱动面倾角为试验因素,驱动叶轮平均驱动效率为试验指标,进行仿真试验,研究叶轮与土壤相互作用过程中土壤颗粒空间位置的变化、颗粒堆积流动现象、叶轮受力情况以及各个参数的变化对驱动轮驱动性能的影响机理。优化后的最佳结构参数分别为叶片长度240mm、轮叶厚度6mm、轮叶驱动面倾角5°、轮叶非驱动面倾角4°,此时单轮叶的驱动效率最高。

基于离散元法的船式拖拉机叶轮转向性能研究

为探究船式拖拉机驱动叶轮与土壤的转向作用机理,提高船式拖拉机转向性能,在课题组直线驱动研究获取的最佳叶轮结构基础上,首先结合离散元法,从单轮叶与土壤作用过程角度出发,对轮叶转向过程受力进行了分析;然后以推进力和转向力矩为评价指标,采用单因素法分析了轮叶宽度、轴向角度、轮毂直径等参数对轮叶转向性能的影响。通过多因素分析得到单叶轮的最佳参数组合。结果表明:最优轮叶参数组合为轮叶宽度134.1 mm、轴向角度5°、轮毂直径560.56mm,此条件下单轮叶所受推进力为214.22N,转向力矩为29.92N·m,整体驱动叶轮所受推进力为159.14N,转向力矩为672.91N·m。优化后单轮叶推进力略有提高,转向力矩明显降低,整体驱动叶轮推进力增大、转向力矩减小,船式拖拉机驱动性能得到了有效提高。

基于离散元法的船式拖拉机弧形轮叶驱动性能研究

船式拖拉机在水田作业时,其行驶驱动力主要来源于驱动叶轮轮叶与土壤间的相互作用。为了降低船式拖拉机行驶过程中的功率损失,采用弧形轮叶来优化叶轮的驱动效率,并构建了弧形轮叶—土壤的离散元模型,通过比较弧形单轮叶在不同幅角、厚度、驱动面倾角下受到的土壤作用力(推进力和支撑力)及作业过程中不同参数的弧形轮叶与土壤流动之间的关系,以叶轮驱动效率为参考指标,对弧形轮叶结构参数进行优化。研究结果表明:当辐角为18°、厚度为8mm、驱动面倾角为6°时,轮叶驱动效率达到最大,为61.23%,相比原始直面轮叶提高了31.11%,比课题组优化得到的直面轮叶驱动效率提升了8.49%,叶轮驱动性能获得了明显提升。

船式拖拉机气层减阻结构设计研究

针对船式拖拉机水田泥浆环境行驶阻力问题,展开船底气层减阻方法研究,设计了三角形、矩形和弧形3种不同肋条结构的船底,并通过仿真方法对其减阻效果和气层稳定性进行了深入分析。研究结果表明:气层减阻方法能有效降低船式拖拉机在泥浆环境中的行驶阻力,肋条结构船底能有效保持船底气层覆盖稳定性。其中,三角形肋条结构船底减阻效果较好,绝对减阻率为23.4%,且船底气层稳定性较好;在横倾角为3°时,气层覆盖率值可达到92%,绝对减阻率为14.7%。

船式拖拉机驾驶室低频噪声研究

为降低船式拖拉机驾驶室的低频噪声,对驾驶室壁板结构进行优化设计。首先建立驾驶室的声振耦合模型,采用基于模态的声振耦合法对驾驶室内部声学环境进行计算分析,得到声压峰值较高处对应的振动频率,并通过与试验结果对比验证模型的可靠性。然后对驾驶室进行板块贡献量分析,得到在较高声压峰值处噪声贡献量较大的板块。最后分析周期性穿孔空气压膜阻尼结构的降噪机理,并将其应用在噪声贡献量较大的板块,结果表明,通过敷设周期性穿孔空气压膜阻尼,驾驶室噪声在声压峰值处分别降低6 dB,11 dB和10 dB,显著降低驾驶室的低频噪声,研究可为船式拖拉机驾驶室降噪提供理论参考。

基于灵敏度分析的船式拖拉机机架结构优化设计

为提高船式拖拉机的动态性能,针对机架与船壳可分离的船式拖拉机,对其机架进行多目标优化设计。通过模态分析确定优化响应,灵敏度分析确定设计变量,模型建立确定优化目标,多目标优化设计数学模型得到6组非劣解,并基于熵权的模糊物元模型得到最优设计方案。优化前后的对比分析可知,在机架体积只增加2.4%的基础上其第一阶模态频率提高35%,最大静应力减小35%,同时发动机的工作频率远离船式拖拉机机架的固有模态频率。结果表明,优化后的船式拖拉机机架动态性能良好。该研究可为船式拖拉机的设计研究提供参考。

1GMC-70型船式旋耕埋草机的设计

针对我国南方多熟制稻作区秸秆难以用人畜力及常规机械埋覆还田的生产实际，研制了1GMC一70型船式旋耕埋草机。该机由船式拖拉机（机耕船）和悬挂于船尾的左、右旋螺旋埋草刀辊组成。机组前进时，机耕船船底板将秸秆压伏于地表；船尾刀辊回转，将稻秆、麦秆、油菜秆、绿肥、杂草等秸秆及植被埋覆还田。经试验表明，该机平均耕深可达117mm；秸秆覆盖率95．6％，生产率0．133～0．167hm^2／h，适用于泥脚深度350mm以下、秸秆高序700mm以下的水田耕整作业要求。

船式旋耕埋草机螺旋刀辊作业功耗试验

基于LabView软件平台开发了功耗测试系统。采用相位差原理,对船式旋耕埋草机的螺旋刀辊进行了中稻收获后的水田适度耕整与秸秆埋覆还田功耗试验。在功率测试平台上对测试系统进行了标定,结果显示系统测量误差在5%以内。在田间对螺旋刀辊作业功耗进行了实时检测,通过分析各因素对功率消耗的影响,得到了船式旋耕埋草机较优作业模式:实行2次耕整,刀辊转速310 r/min,其中第1次作业耕深55 mm,其平均作业功耗为7.13 kW,第2次作业耕深达到110 mm,其平均作业功耗为7.59 kW,两次耕整后秸秆埋覆率达到95%以上。

船式拖拉机凸包非光滑表面船壳减阻性能研究

为降低船式拖拉机在水田工作时的阻力,设计了一种具有凸包非光滑表面的船壳。利用有限元方法对凸包非光滑表面船壳在水田泥介质中进行数值仿真研究,计算比较凸包非光滑表面船壳和光滑表面船壳在速度0.5~4 m/s范围内的阻力值,分析其减阻机理并进一步研究凸包尺寸对减阻特性的影响规律。结果表明:凸包非光滑表面船壳有较好的减阻效果,凸包结构改变流体对船壳的粘性剪应力是其产生减阻特性的重要原因。该设计得到了减阻率达到9.33%的较好减阻效果,对船式拖拉机研究设计具有重要意义。

基于SPH法的船式拖拉机叶轮单轮叶驱动性能研究

叶轮是船式拖拉机独特的行走驱动装置,其设计参数对驱动性能和作业效率具有很大影响。为此,以课题组前期研发的HH709S型船式拖拉机叶轮为研究对象,采用光滑粒子流体动力学法,建立了轮叶-土壤的动力学仿真模型,并在此基础上对单轮叶与土壤的作业过程进行了分析。通过分析不同结构参数下单轮叶推进力做功及驱动效率的变化规律,为轮叶结构参数优化设计提供依据。研究结果表明:单轮叶结构优化后最大支撑力减小了3.83%,最大推进力提升了9.66%,推进力做功提升了13.72%,驱动效率提升了20. 35%,驱动性能得到了显著提高。

基于多相流的船式拖拉机减阻性能分析

船式拖拉机是深泥脚水田耕整作业的新型拖拉机,其船壳阻力是影响性能的重要因素。为此,通过测量水田土壤流变特性、简化实际的船体结构,考虑空气、水、泥浆3种介质,构建船式拖拉机船体多相流数值仿真模型,研究了工况速度与船体粘性阻力、兴波性能之间的关系及水层的减阻性能,并开展船模实验。结果表明:船底不完全满足动压润滑条件,导致水层减阻效果不明显,在船体底部安装侧挡板的方法可以提高动压润滑的能力,降低船体行驶阻力。

船式机械船底“水垫”的形成机理

通过理论分析，阐明了在船式机械底部形成水垫的机理及技术措施，并在插秧机秧船和坦克模型船体上进行了验证。验证表明，加装水垫形成装置后，能使船体的滑行阻力大幅度下降。

船式拖拉机底板非光滑表面减阻机理研究

基于Fluent软件对船式拖拉机底板建立三维模型,采用数值模拟的方法研究非光滑表面凹坑结构对机身底板的减阻影响。研究非光滑表面凹坑在不同深度、直径下滑行阻力的影响规律,选取最优的凹坑组合成等距排列、等差排列、菱形排列3种结构。分析凹坑结构的减阻机理,发现压差阻力增大、摩擦阻力减小是总阻力减小的原因。结果表明:船式拖拉机凹坑结构具有良好的减阻效果;相比光滑的船式拖拉机底板,非光滑表面凹坑直径为8mm,深度为5mm的等距排列结构的减阻率达到了5. 4%。

基于AMESim船式拖拉机悬挂液压系统分析与优化

管道压力损失广泛存在于液压系统中,严重影响其性能。为此,以船式拖拉机悬挂液压系统为研究对象,采用理论计算和AMESim软件仿真相结合方法分析其压力损失,发现管路压力损失占该系统总压力损失的20.5%。进一步对船式拖拉机悬挂液压系统进行优化设计,优化后其压力损失较之前下降了21.9%,执行机构响应速度较优化之前提高了68.8%,并通过实验验证该方法的有效性。该研究对提高船式拖拉机悬挂机构操作性能具有指导意义,可为液压系统仿真分析与优化设计提供一种思路。

基于流固耦合的船式拖拉机船壳的结构强度分析

为计算船式拖拉机的船壳在实际工况下的应力及应变,运用流固耦合理论和有限元方法对船壳进行结构强度分析。分别计算船壳在不同载荷下的最大等效应力及变形量,进一步研究船式拖拉机工作速度对船壳最大等效应力和总变形量的影响,并对船壳进行强度校核和刚度评价。结果表明:船壳最大等效应力和变形量受水田支反力影响较大,受流体压力影响较小;船壳的最大等效应力及变形量随着速度的增加而增大,船壳的最大等效应力增大的速率较大。强度校核结果表明:当速度超过7m/s时,船壳在工作时有可能发生破坏;船壳刚度评价都符合标准要求。

基于SPH法船式拖拉机单折面轮叶驱动性能研究

船式拖拉机的驱动性能很大程度上取决于其行走机构叶轮,轮叶的结构参数是影响船式拖拉机驱动效率的重要指标。为进一步减小轮叶与土壤接触过程中的滚动阻力,提高其驱动性能,在前期研究的HH709S型船式拖拉机直面轮叶优化结构的基础上,构建了单折面轮叶—土壤光滑粒子流体动力学(SPH)模型,分析了单折面轮叶折角处半径、驱动面倾角、非驱动面倾角对驱动性能的影响,最终获得驱动效果最佳的轮叶结构。研究结果表明:优化后单折面轮叶结构的驱动效率与原直叶片相比提高了15.03%,与优化后的直叶轮相比提高了13.65%,推进力做功提升了8.13%,叶轮轮叶驱动性能得到了显著改进。

4CWO-3.2型船式挖藕机的研制

针对我国莲藕生产的实际,如挖藕困难、劳动强度大,研制了适应藕田、藕塘、湖区的船式挖藕机,利用高压水柱对泥土进行切割、粉碎、推移,使净藕自动浮出水面,提高了挖藕效率,解决了挖藕难题。

加快我国船式拖拉机产业发展的建议

综述了船式拖拉机产业发展的优势及现状,并从如何促进我国船式拖拉机产业又好又快发展的视角,提出了加快科技创新步伐,优化产品结构;加强基础条件建设,促进产业升级;加大产品推广力度,创建驰名品牌;增大资金扶持力度,提高企业产能;实施企业战略重组,倡导合作共赢等5点建议。

船式拖拉机船型参数对滑行阻力与下陷深度的影响

为获得水田船式拖拉机船型参数对滑行阻力和下陷深度的影响规律,设计了水田船式拖拉机船体模型滑行阻力试验台。以船型参数接地比压、滑行速度、首舷曲率半径、接地角和水田土壤表层水深为试验因素,以船体模型在水田土壤中的滑行阻力、下陷深度为试验指标,以粉砂壤土为水田土壤介质,研究了船型参数、土壤表层水深对试验指标的影响规律。结果表明:接地比压、滑行速度、首舷曲率半径、接地角和水田土壤表层水深对船体模型的滑行阻力、下陷深度均有明显影响。在接地比压为250~350 kg/m^2时,滑行阻力、下陷深度随着接地比压的增加均单调递增,但当接地比压大于300 kg/m^2时,增加幅度降低;当滑行速度为0.2~1.0 m/s、首舷曲率半径为300~500 mm、接地角为25.0°~35.0°时,滑行阻力、下陷深度总体上随各参数增加均呈先下降后上升的趋势;当滑行速度分别为0.6和0.8 m/s时,滑行阻力、下陷深度分别达到最小值;接地角为27.5°时下陷深度最小,接地角为30.0°时滑行阻力最小;水田土壤表层水深在10~50 mm之间时,随着表层水深增加,下陷深度单调递减,滑行阻力总体上呈先减少后增加的趋势,且表层水深为20 mm时滑行阻力最小。综上所述,船式拖拉机船体较优的船型参数为滑行速度0.6~0.8 m/s、首舷曲率半径350~450 mm、接地角27.5°~30.0°,水田作业时土壤表层水深的较佳范围为20~40 mm。以上研究结果可为水田船式拖拉机的设计和运行提供参考。