基于离散元法的切振共作深松机作业性能仿真分析及试验

针对深松装备应用于西南丘陵紫色土时存在作业阻力大、松土质量差、功耗高的问题,该研究提出切振共作深松方式并设计了一种切振共作深松机。运用离散元软件对非振动深松机和切振共作深松机在相同参数下进行仿真。仿真结果显示,切振共作方式能够有效减少深松机的耕作阻力。通过单因素试验得到切振共作深松机的最佳作业速度区间为0.9~1.1 m/s,最佳振动频率区间为9~15 Hz;通过正交试验得出深松作业最佳参数为:作业速度0.96 m/s、耕作深度300.24 mm、振动频率11.43 Hz。为了测试切振共作深松机的实际减阻性能,结合仿真结果并参考深松作业最佳参数,设置拖拉机前进速度1.0 m/s,作业深度为300 mm,振动频率为9、12和15 Hz,进行田间试验。结果表明:在相同速度和耕深条件下,切振共作深松机相较于非振动深松机均有明显的减阻效果,耕作阻力降低15.43%~37.56%;功耗降低8.87%~32.32%,在振动频率为12 Hz时,减阻效果最佳,耕作阻力降低37.56%,功耗降低32.32%,土壤坚实度降低74.11%,土壤扰动系数为56.32%,深松深度为30.9 cm,深松深度稳定性系数为98.16%,深松深度及其稳定性符合行业标准。切振共作深松机减阻降耗效果明显,可为振动深松机的优化设计提供参考。

青菜头缩短茎滑切刀研制

青菜头机械化收获水平低下是制约青菜头产业发展的重要原因之一。为解决青菜头机械化收获过程中缩短茎切割难度大和农机与农艺融合程度低等问题,该研究提出了一款滑切式青菜头收获机并对其滑切刀作业参数进行分析与试验。首先,基于青菜头收获农艺要求阐述青菜头收获机整机及其切根装置的结构及工作原理,根据受力分析确定滑切刀安装方式。然后,对紫色土壤和滑切刀的接触参数进行标定并基于EDEM建立土壤-滑切刀互作模型,仿真分析不同作业速度、刀具夹角对滑切刀作业阻力的影响。结果表明:1)相同速度下,滑切刀交叉夹角与作业阻力负相关;2)相同滑切刀角度下,滑切刀作业阻力与作业速度正相关。以滑切刀切削阻力为评价指标,作业速度、刀具夹角、切割距离为影响因素进行切割试验并对试验参数进行优化,结果表明:滑切刀作业速度与切削阻力呈正相关,切割距离与切削阻力呈负相关,刀具夹角从60°到120°,切削阻力先减小再增大。影响切削阻力大小的主次因素顺序为作业速度、刀具夹角和切割距离。优化圆整后的滑切刀作业速度为0.1 m/s,刀具夹角65°,切割距离20 mm,3次重复试验得到的切削阻力依次为141.24、156.32和150.65 N,与理论切削阻力128.63N相对误差分别为9.8%、21.53%和17.12%,较Box-Behnken试验平均切削阻力分别下降44.30%,38.35%和40.59%,验证了滑切刀作业参数优化的有效性。研究结果可为青菜头机械化收获提供参考,具有重要的工程应用价值。