基于光滑粒子流法的振动旋耕减阻效果仿真分析

为研究振动旋耕的减阻效果,基于光滑粒子流法对多工况下的旋耕切削过程进行仿真分析。将耕深为0.10 m和0.11 m时仿真得到的刀辊受力与通过经验公式计算得到的力对比,误差分别为11.87%、12.86%;土壤破碎线与刀尖入土角垂直,随深耕增大,土壤粒子速度下降,验证仿真模型的有效性。随着耕深和转速增大,土壤动能、内能、刀具动能均增大;当耕深从0.10m增大到0.14m时,土壤获得的动能占比从77.51%增大到78.86%;当转速从3.6r/s增大到5.2 r/s时,土壤获得的动能占比从79.41%下降为72.95%,表明只增大转速,对改善土壤耕作效果有限。对由刀辊偏心引起的振动旋耕过程进行仿真分析,当偏心距为0.05 m时,转速为4.0 r/s、4.4 r/s和4.8 r/s时,平均降阻率为58.46%;当耕深为0.10 m、0.12 m、0.14 m时,降阻率分别为50.6%、46.3%、43.1%,降阻率随耕深增加而下降。随着偏心距的增大,刀辊受力呈波动式下降。研究结果可以为振动式旋耕设备的研发提供理论依据。

旋耕机组对拖拉机半主动座椅非线性振动的影响

为了解旋耕机组在运输和作业过程中对拖拉机座椅振动的影响,建立了拖拉机系统竖向平面三自由度振动模型,应用Matlab/SIMULINK对东方红MG654型拖拉机悬挂2BYL–4型油菜旋耕机组系统进行振动仿真,以获得座椅加权加速度均方根值最小时空气弹簧气压值和磁流变减振器电流值。仿真结果表明:当旋耕机组处于运输状态时,座椅空气弹簧气压为5 bar、磁流变减振器电流为0.650 A时,座椅加权加速度均方根值最小,为0.629m/s2;当旋耕机组处于作业状态时,座椅空气弹簧气压为5 bar、磁流变减振器电流为0.250 A时,座椅加权加速度均方根值最小,为0.520m/s2;这表明通过改变座椅空气弹簧气压和磁流变减振器电流,减小了座椅加速度均方根值,可改善驾驶员的驾驶感受。在座椅加权加速度均方根值最小时进行试验研究,并将座椅非线性振动试验结果和仿真结果对比,其最大相对误差为6.40%。由此可见,建立的非线性模型比较合理。

旋耕机整机随机振动响应分析

试验研究证实了旋耕机振动信号和动力输出扭矩信号是平稳的宽带高斯随机过程，提出了评价整机振动应综合考虑最大振动能量和能量分布均匀性的观点。

自激振动旋耕刀设计与减扭降耗性能分析

为实现旋耕作业减扭降耗,在国标IT245旋耕刀基础上设计了一种自激振动旋耕刀装置,对其工作原理进行了阐述。通过运动受力分析,完成了其大弹簧参数选型与弹簧心轴腰型孔设计。基于DEM-MBD技术,建立土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析5种刀轴转速下国标旋耕刀与自激振动旋耕刀所受三向阻力与扭矩变化规律。仿真试验中,刀轴转速为150、200 r/min时,减阻降扭效果不明显;转速为250、300 r/min时,自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的减阻降扭效果较好,垂向阻力分别降低6.96%、10.41%,且平均扭矩降低率较大,分别为9.80%和19.63%,而转速达到350 r/min时,减阻降扭效果下降。通过对2种旋耕刀仿真与土槽试验的平均扭矩进行分析,得出了国标旋耕刀与自激振动旋耕刀平均扭矩变化曲线的相关系数,分别为0.997与0.998,基本验证了DEM-MBD耦合仿真模型的准确性。对土槽试验中采集的Y向(耕作时刀刃振动主要发生方向)振动加速度数据进行频域分析表明,随着刀轴转速的增加,Y向功率谱密度幅值总体呈上升趋势,转速达到300 r/min时,激振频率达到装置Y向的固有频率附近,此时发生共振,Y向功率谱密度幅值达到最大值。即此时旋耕刀获得最大能量,扭矩降低幅度最大,减扭降耗的效果最佳。