深松铲对砖红壤扰动行为影响的仿真与试验

针对香蕉地深松作业相关研究较少,深松铲-土壤耦合机理尚未明确等问题,结合海南热区香蕉地砖红壤土的物理特性,利用离散元虚拟仿真试验,堆积生成了耕作层、犁底层和心土层3层土壤模型,建立了滑切深松铲-土壤耕作模型,并通过对比虚拟仿真试验,研究了滑式深松铲和国标深松铲对海南香蕉地土壤的扰动情况。结果表明:在相同的作业条件下,滑式深松铲作用下的土壤颗粒在x、y和z方向的最大运动速度均明显大于国标深松铲对土壤颗粒的作用,且滑式深松铲的扰动轮廓要明显大于国标深松铲作业的扰动轮廓,同时滑式深松铲作用下土壤蓬松度和土壤扰动系数均大于国标深松铲作用产生的深松效果,进一步验证了所设计的滑式深松铲更适用于海南香蕉地的深松作业。

黏重黑土条件下马铃薯收获机挖掘装置设计与试验

针对东北地区黏重黑土条件下马铃薯收获机工作阻力大、挖掘铲寿命短、挖掘质量难以保证等问题,将双行升运链式马铃薯收获机挖掘装置改进并设计一种分离式防堵马铃薯挖掘装置。采用理论分析研究方法,解析马铃薯收获机关键部件挖掘铲挖掘过程,探明影响马铃薯收获机挖掘铲工作阻力的主要影响因素;结合黏重黑土条件下马铃薯收获的农艺要求,以行驶速度、铲面铲宽和铲面倾斜角度为试验因素,以挖掘铲最大工作阻力和土壤最大压缩力为试验指标,进行多因素正交仿真试验,设计得出,挖掘铲在保证良好碎土效果且不造成马铃薯损伤的最佳参数,即行驶速度1.11 m·s^(-1),铲面铲宽150 mm,铲面倾斜角度30°时,挖掘铲最大工作阻力为566 N,土壤最大压缩力为152 N。田间验证试验表明,各项指标达到要求且均优于改进前整片式挖掘铲马铃薯收获机。

胡萝卜联合收获挖掘部件运动及力学特性分析

针对胡萝卜联合收获机挖掘铲入土困难、挖掘壅土造成夹持不准、挖掘阻力大等问题,开展了胡萝卜挖掘部件运动及力学特性研究。构建了挖掘部件入土特性及与土壤互作力学特性的数学模型,理论解析了入土角、入土行程、挖掘阻力及挖掘部件结构间的关联关系。借助EDEM离散元仿真软件,分析了挖掘铲的入土行程及铲土互作力学特性,并进行田间验证试验。结果表明:土壤壅起高度、挖掘阻力均与入土角度成正比,最终入土角为14°~22°时,胡萝卜收净率≥98%,破损率为≤1.5%,壅土现象不显著,满足收获要求。

滩涂土壤离散元接触模型优化与现场铲削试验

为解决现有离散元接触模型对滩涂土壤特性表征准确性差的问题,该研究基于离散元仿真软件EDEM的API二次开发功能,以Hertz-Mindlin接触模型为基础,通过增加塑性、粘附特征并更改切向滑动摩擦力,得到优化后的高湿黏弹塑性(moist elasto-plastic adhesion,MEPA)模型。通过模拟活塞拔出试验,结合Plackett-Burman试验筛选出影响标定指标的显著参数,完成接触模型参数标定。搭建了铲削试验平台进行现场铲削试验,对比分析了MEPA模型、JKR模型、EEPA模型以及Bonding模型的土壤特性表征效果。试验结果表明,在铲削阻力方面,MEPA模型较JKR模型、EEPA模型和Bonding模型的仿真精度分别提升约65.957%、74.206%和59.326%;相较于现场试验结果,MEPA模型的堆积厚度与侧边距相对误差分别为5.598%和6.362%,两者均保持在10%以内,能够较好地模拟滩涂土壤,对滩涂工作装置的工况模拟和优化设计具有重要意义。

防风仿生挖掘铲的设计与试验

针对河北一年生栽种防风采收过程中挖掘装置挖掘阻力大、碎土能力差等问题,设计了一种防风仿生挖掘铲。结合仿生学原理,采用高精度三维扫描技术对鼹鼠前爪最长的第3趾进行仿生数据采集,运用Imageware逆向设计软件对第3趾点云数据进行处理,以获取轮廓曲线点云数据,并经MatLab软件进行数据拟合得到仿生铲结构曲线。根据根茎类中药材挖掘铲设计原则及栽种防风农艺要求,确定仿生铲关键性能参数,并建立三维模型。利用EDEM离散元仿真分析软件从减阻性能、碎土性能两方面对仿生铲和普通铲的挖掘性能进行对比分析,结果表明:同一仿真条件下,仿生铲减阻率为12.50%,碎土率提升2.92%。通过土槽试验验证仿生铲的挖掘性能及离散元仿真模型的准确性,结果表明:仿生铲减阻率为13.42%,实测值与仿真值相对误差为6.86%,仿生铲具有较好的减阻和碎土性能,所构建离散元仿真模型准确程度较高。

基于臭氧杀菌技术的旋耕式土壤消毒机设计与试验

针对设施农业中连作引起的土壤污染、线虫增加等问题,设计一款基于臭氧杀菌技术的旋耕式土壤消毒机。介绍旋耕式土壤消毒机整体结构,对臭氧充气铲进行受力分析,获得臭氧注入土壤的运动学条件,确定充气铲结构参数;以XC2-24R-C控制器为电路控制模块核心元件,采用高压放电法制取臭氧,实现臭氧发生器正常运行;利用SolidWorks软件构建整机结构模型,进行样机研制与试验。以根结线虫为试验对象,相同的试验条件下,常规耕整1次的线虫消退率为2.96%,臭氧消毒处理后根结线虫消退率和防治效率最高可达84.93%和84.47%,较常规耕作线虫消退率提高81.97%。

黏重黑土条件下马铃薯挖掘铲仿生减阻特性分析与试验

针对黏重黑土地区马铃薯挖掘铲挖掘阻力大、能耗高等问题,以白茅根膜质叶鞘为仿生原型,设计了一种基于仿生波纹结构的马铃薯减阻挖掘铲。基于离散元(DEM)法仿真和土槽试验,确定减阻性能最优的设计参数;通过田间试验以油耗和阻力为指标验证仿生挖掘铲的减阻效果和挖掘性能。离散元仿真得到仿生挖掘铲最佳布置方式为纵向布置;在相同纵向布置方式下,通过土槽试验得到仿生挖掘铲的波纹参数在幅值为2.5 mm、频率为0.5时表现出较为优异的减阻性能。根据最佳参数研制仿生纵波纹铲,进行普通平铲和仿生纵波纹铲的作业对比试验,结果表明仿生纵波纹铲阻力减少了14.45%,单位油耗减少了17.15%。研究表明仿生纵波纹铲具有较好的减阻特性,仿生结构设计合理,能实现黏重黑土条件下马铃薯收获挖掘作业,可为整机节能减耗的研究奠定基础。

基于EDEM的振动深松整地机参数优化与试验

为满足硬质土壤或板结土壤的深松作业要求,一次性完成土地的深松和平整,设计了一种1SZL-300型振动深松整地联合作业机。开展了深松部件设计和深松铲入土过程受力分析,进行了基于EDEM的深松铲正交试验。同时,采用三因素三水平的Box-Behnken试验设计原理进行仿真组合试验,仿真试验,结果显示:当入土角度为31.42°、入土深度为392.59 mm、作业速度7.02 m/s时,模型预测的土壤蓬松度为44.903%,土壤扰动系数为57.845%。最后,针对样机进行了田间试验,结果表明:深松深度382 mm,深松耕深稳定性系数96.8%,地表10 cm内,碎土率达62.8%,纯工作小时生产率为2.2 hm^(2)/h,作业效果满足设计要求。

基于SPH算法的深松铲破坏土壤仿真模型

传统深松铲破坏土壤仿真模型存在土壤间作用力分析不够精准,无法确定深松铲作业的最佳入土深度。为此,构建基于光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)算法的深松铲破坏土壤仿真模型。将深松铲破坏土壤过程分为剪切失效和切削失效,采用光滑粒子流体动力学方法,通过差值函数描述全部质点存在的相互作用,获取最佳光滑长度值。引入有限元分析方法,利用点-面形式构建土壤分析的耦合模型,确定土壤失效准则。利用此模型,分别探究铲尖与铲柄破坏土壤、刀面破坏土壤时深松铲受到的阻力情况。根据前铲与后铲对土壤的破坏作用,计算前后两铲对土壤的破坏半径及土壤扰动体积,完成深松铲破坏土壤的仿真模型构建。仿真结果证明,利用上述模型能够得出入土深度对土壤破坏的轮廓变化规律,可确定最佳入土深度,有效提高深松铲作业效果。

根茎类中药材仿生挖掘铲的设计与试验

【目的】针对挖掘阻力制约根茎类中药材收获机械发展这一问题。【方法】基于蝼蛄前足趾构型,设计了一种仿生挖掘铲。通过CAXA软件获取前足爪趾轮廓曲线,利用MATLAB进行轮廓曲线的提取,并借助EXCEL得到拟合曲线方程;根据轮廓曲线在SolidWorks建模软件中建立仿生挖掘铲模型,采用ANSYS Workbench软件对挖掘铲进行应力应变分析;最后通过土槽和田间试验检测挖掘铲减阻效果和挖掘性能。【结果】仿真结果表明,仿生挖掘铲强度能达到使用性能要求;环形土槽试验表明,仿生挖掘铲相较于平面铲具有一定的减阻功效;田间试验表明,仿生挖掘铲具有良好的挖掘效果。【结论】在铲面末端高度100mm到160mm的范围内,仿生铲所受阻力均小于平面铲,该研究能为根茎类药材收获机减阻降耗提供理论参考和设计依据。

深松铲平面阻力测试系统的设计

深松作业是土壤耕作中非常重要的一部分,其产生的作业阻力相对较大,对深松铲平面阻力测量技术的研究是非常有必要的。分析了国内外土壤机械阻力测量的各种方法,确定使用连续测量法测量深松铲平面阻力;通过试验对比,并结合平面力的测量原理、虚拟仪器技术和单片机技术,设计了基于STM32F103的深松铲平面阻力测试系统。该系统具有数据采集、信号调理、数据存储、通信和数据分析等功能,实现了深松铲阻力的实时测量与海量数据存储。

装载机铲斗粘附积土清除的仿生研究

本文采用仿生方法提出铲斗积土清除装置,并对装置的运动与受力进行了分析。给出了机构优化设计方法。经模型与实型试验证明此装置清土效果好,可提高作业生产率20％。

深松铲的模态试验研究

目的为了研究深松铲在实际工作状态下的振动特性,设计合理的深松铲结构.方法采用模态试验,对深松铲进行单点激励、多点拾振,测量深松铲的频响函数曲线.用信号分析软件进行深松铲的模态参数识别.结果模态试验表明深松铲柱的中部动刚度较小,属刚度薄弱区.结论根据模态试验的结果,对深松铲结构进行了改进设计,加强了铲柱与机架的连接,使得改进后的深松铲前五阶模态频率平均增大了62.6%,阻尼比平均减小了13.8%,解决了深松作业时深松铲刚度不足的问题.

基于COSMOS/works的深松铲强度有限元分析

为研究深松铲的强度特性,减少深松作业时的故障,应用Solidworks建立了深松铲的三维几何模型,用Cosmos对深松铲进行了三维有限元分析,得到深松铲在工作载荷下的变形和应力大小,找出了深松铲的强度薄弱环节。结果表明,深松铲的最大应力为5.55×10~8N/m^2,最大扭曲位移为12.84mm.对深松铲进行了改进设计,加强了深松铲与机架的连接。应用Cosmos进行分析,表明改进后深松铲的强度和刚度均得到提高。

马铃薯挖掘机挖掘铲力学模型构建

为了研究马铃薯挖掘机工作阻力大小的影响因素,以挖掘铲为研究对象,分别进行了挖掘铲的受力分析、土壤的受力分析,以及相关辅助参数的求解。同时,构建了挖掘铲工作过程的力学模型,推导出了工作阻力的数学表达式,归纳总结了影响工作阻力大小的相关参数,为后续运用计算机软件进一步对挖掘铲进行力学分析提供了基础依据。

圆弧深松铲两种安装方式的仿真分析与探讨

针对深松铲"通过深松铲固接装置与机架进行固接"和"直接通过螺栓固接在机架上"两种常用的深松铲安装方式,运用SolidWorks软件的Simulation模块分别对此两种安装方式进行了静力学仿真分析,得到了在两种安装方式下的深松铲应力、应变、位移及安全系数仿真云图。仿真云图显示,深松铲"直接通过螺栓固接在机架上"相对"通过深松铲固接装置与机架进行固接"可有效提高深松铲安全系数,但会使螺栓及螺栓孔处的应力值提高。

基于ANSYS Workbench的S型松土铲模态分析

在分析了S型松土铲结构特点与工作过程的基础上,利用三维CAD软件Pro/E,绘制S型松土铲的实体模型,通过有限元分析软件ANSYS Workbench对S型松土铲进行了模态分析,得到了S型松土铲的前6阶模态振型图,分析的结果为优化S型松土铲的结构和改善性能提供了理论参考。

确定挖掘阻力关键因素值与方法的研究

确定挖掘阻力的关键因素是挖掘厚度,而针对爆破后矿堆如何确定挖掘厚度始终困惑设计者.基于具有代表性的实际爆破后矿堆的挖掘过程和挖掘体积与铲斗容积相等的原则,建立挖掘轨迹方程和挖掘厚度的数学模型,运用数学极值理论,求得最大挖掘厚度与铲斗内宽的数学关系,并与实测值相符;还求得整个挖掘过程的挖掘阻力和最大挖掘阻力.针对爆破后矿堆,提出了确定挖掘阻力关键因素值与新方法,为确定其他力能参数提供了可靠依据.

推土铲切削性能的二维有限元分析

研究切削性能更为优良的推土铲对减小推土机工作阻力意义重大。本文运用二维有限元方法对推土铲-土壤接触系统进行了研究,分别分析了平面应变问题(宽齿切削问题)和平面应力问题(窄齿切削问题)中土壤所产生的应力及应变分布状况;对比了它们在两类平面问题中的差异。对比结果表明两者相差很小,从理论上讲,对于本文所分析的触土面导线线型而言,其在宽、窄齿土壤切削部件上的应用基本可以互换。

基于土壤扰动与牵引阻力的深松铲结构参数优化

针对目前深松铲作业阻力大的问题,以3种深松铲(凿形、箭形、翼形)为研究对象,以深松铲的铲形、入土角α和张角β为试验因素,在辽宁省春玉米垄作区,进行了田间正交试验。检测了深松沟土壤扰动等指标和深松阻力F,计算了深松沟形面积与牵引阻力比值即沟形面积比阻。结果表明,α、β对耕后土壤特性、深松沟形面积和沟形面积比阻没有显著影响。α对阻力F有显著影响,F随α先减小,再增大,当α为21°时阻力最小。铲形对耕后土壤特性、深松沟形面积、阻力F和沟形面积比阻有显著影响,凿形铲、箭形铲和翼形铲作业对土壤扰动面积依次增大,翼形铲的扰动面积分别比凿形铲和箭形铲大49.8%、30.0%,箭形铲扰动面积比凿形铲大15.3%(P<0.05);但翼形铲所受阻力分别比箭形铲和凿形铲大123.6%和36.6%,箭形铲比凿形铲所受阻力大63.7%(P<0.05)。从凿形铲到翼形铲,沟形面积比阻依次增大,凿形铲的沟形面积比阻分别较箭形铲和翼形铲小42.4%和50.2%(P<0.05),箭形铲的沟形面积比阻较翼形铲小5.4%(P<0.05)。综合深松铲对土壤扰动疏松效果、牵引阻力及沟形面积比阻分析,入土角α为21°的凿形铲是相对最优的铲形。