基于土壤扰动的新型超深旋耕刀具仿真研究

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。

蔗蔸田超深旋耕作业刀具受力分析

针对目前蔗兜田超深旋耕刀具作业阻力大、功耗高等问题,首先借鉴新植蔗根土系统建模方法,采用FEM-SPH耦合方法,建立宿根蔗茎秆-蔗兜-土壤系统动力学仿真模型;然后利用模型并结合超深旋刀具-土壤系统的建模方法,建立蔗兜田超深旋刀具作业动力学仿真模型,并进行田间验证;最后,利用模型开展蔗兜田超深旋耕作业仿真,分析超深旋耕作业过程刀具的受力,揭示蔗兜田超深旋耕刀具作业时作业阻力大的原因,并提出刀具结构优化思路。结果表明:建立的宿根蔗茎秆-蔗兜-土壤系统和蔗兜田超深旋耕刀具作业仿真模型精度较高;刀具切割土壤力远远大于切割蔗蔸力,切割过程中刀具的合力、水平方向力、垂直方向力和前进方向力呈周期性变化,其最大值分别为12222.9、10365.5、2781.8、8573.5N。刀具阻力大的主要原因是由于刀片、螺旋叶片与土壤接触面积较大、刀片分布不合理及螺旋叶片底部厚钝,因此,可通过优化刀片结构和分布以及螺旋叶片结构来减小刀片受力。

服务台：无偿转让专利

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