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水稻整株秸秆还田关键部件模糊可靠性设计及试验研究

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水稻整株秸秆还田关键部件模糊可靠性设计及试验研究

作者：葛宜元东北农业大学

学位级别：硕士

作物秸秆是一种重要的生物资源,其利用涉及到整个农业系统的土壤肥力及水土保持,也涉及到环境安全以及可再生资源的有效利用等可持续发展问题。秸秆还田是增加土壤有机质、培肥地力、改善土壤结构、增强保水保肥能力、防止地表板结、增... 详细信息

作物秸秆是一种重要的生物资源,其利用涉及到整个农业系统的土壤肥力及水土保持,也涉及到环境安全以及可再生资源的有效利用等可持续发展问题。秸秆还田是增加土壤有机质、培肥地力、改善土壤结构、增强保水保肥能力、防止地表板结、增强农业后劲的实用技术措施,不但解决了目前化肥施用过多带来的后果,也解决了因秸秆“过剩”而堆集、焚烧造成环境污染的问题。农作物秸秆通过机械方式直接还田对合理利用自然资源、改善农业生态环境和生态效益有重要意义,符合农业部“秸秆还田工程”要求。目前,我国研制的秸秆还田机机型少,应用不普遍,且秸秆还田率低。针对以上存在的问题,本文在1ZT-210型整株秸秆还田机的基础上,对关键部件进行了静态仿真及模糊可靠性优化设计,提高了机器的可靠性,使机具结构更加合理,具有一定的经济性和实用性。主要研究工作为:(1)采用ABAQUS软件对埋草刀轴进行静力仿真,以便得到刀轴薄弱部位。(2)通过刀轴瞬态动力学分析结果,得出刀轴在不同的埋草刀入土时,刀轴中部的具体应力值。(3)利用传感器技术及DH5937测试系统,对刀轴和刀片进行弯、扭矩数据的采集,编制刀轴的综合载荷谱。(4)利用综合载荷谱,结合材料的疲劳曲线及Miner线性累积损伤理论,估算刀轴的寿命等主要参数。(5)建立部件的力学模型,将可靠度作为约束条件之一,利用MATLAB软件对刀轴和弯刀进行模糊可靠性优化设计。(6)对刀轴进行模糊综合评判,确定刀轴的最佳厚度;利用可靠性灵敏度分析的数值方法,有效地反映影响刀轴功能的各随机变量对其失效的影响程度。本文通过上述的仿真、设计及试验,得到刀轴的薄弱部位为其中部;编制了刀轴的弯扭矩载荷谱,估计出了刀轴的寿命为2113h:对刀轴和弯刀进行了模糊可靠性优化设计,得到了最佳参数组合并提高了可靠性。结果为提高机器的可靠性、优化机具结构、提高机具寿命及进一步研究提供了重要的理论依据。

关键词：水稻整株秸秆还田机关键部件有限元应力仿真载荷谱模糊可靠性优化设计

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深施型液态施肥装置的设计与试验

农业机械学报 2009年第4期40卷 58-62页

作者：王金峰王金武葛宜元东北农业大学工程学院哈尔滨150030

在分析液态肥深施特点的基础上,针对深施过程中人工开沟、覆埋难度大的问题,设计了一种可深施液态肥的装置。对此装置的施肥性能进行了二次旋转正交试验,利用Design-Expert 6.0.1软件分析,获得了液泵压力、喷口直径、土槽台车前进速度... 详细信息

在分析液态肥深施特点的基础上,针对深施过程中人工开沟、覆埋难度大的问题,设计了一种可深施液态肥的装置。对此装置的施肥性能进行了二次旋转正交试验,利用Design-Expert 6.0.1软件分析,获得了液泵压力、喷口直径、土槽台车前进速度和截止阀开度之间交互作用对施肥损失率的影响。最终确定了液态施肥装置的最佳工作参数为:液泵压力0.2 MPa、喷肥针喷口直径3 mm、土槽台车前进速度0.975 m/s和截止阀开度60%,此时施肥损失率为2.8%。根据最佳工作参数进行了验证试验,结果表明最佳工作参数组合得到的施肥量能满足设计要求,且施肥损失率最小。

关键词：液态肥施肥量损失率响应曲面分析设计试验

水稻整株秸秆还田机刀轴可靠性灵敏度分析及优化

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农业工程学报 2009年第10期25卷 131-134页

作者：葛宜元王金武王金峰东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为使1ZT-210型水稻整株秸秆还田机刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,通过模糊综合评判确定刀轴的壁厚;建立了影响刀轴功能的各随机变量的可靠性灵敏度矩阵,通过编写计算机程序得到各设计因素对于刀轴可靠性的灵敏度设计信... 详细信息

为使1ZT-210型水稻整株秸秆还田机刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,通过模糊综合评判确定刀轴的壁厚;建立了影响刀轴功能的各随机变量的可靠性灵敏度矩阵,通过编写计算机程序得到各设计因素对于刀轴可靠性的灵敏度设计信息。依据灵敏度分析结果,选取可靠性设计参数,刀轴截面较常规设计减小39.17%。数值算例表明,计算结果与通常的定性分析结果完全一致,验证了本方法的有效性。田间试验表明,可靠性灵敏度设计使刀轴的寿命增加560h,埋草率提高到95%。

关键词：农业机械可靠性灵敏度分析秸秆还田机刀轴

基于遗传算法的水稻整株秸秆还田埋草弯刀的设计与试验

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农业工程学报 2010年第1期26卷 166-170页

作者：王金武葛宜元王金峰东北农业大学工程学院哈尔滨150030

遗传算法是模拟生命进化机制的搜索和优化方法,它的全局最优和隐含并行性适应求解复杂的优化问题。该文以水稻整株秸秆还田机的主要工作部件——埋草弯刀为研究对象,对其进行受力分析,建立了以刀片组合参数为设计变量的功耗优化模型,提... 详细信息

遗传算法是模拟生命进化机制的搜索和优化方法,它的全局最优和隐含并行性适应求解复杂的优化问题。该文以水稻整株秸秆还田机的主要工作部件——埋草弯刀为研究对象,对其进行受力分析,建立了以刀片组合参数为设计变量的功耗优化模型,提出了基于遗传算法的弯刀优化方法,优化得到刀片最小功耗为5.12kW。进行验证试验,得出最优参数组合下的功耗最小为5.5305kW。试验数据与优化结果相吻合,证明优化方法可行,可以为整机优化提供理论参考。

关键词：农业机械遗传算法秸秆水稻秸秆还田机埋草弯刀

整株秸秆还田机刀轴载荷谱编制与疲劳寿命估算

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农业机械学报 2009年第3期40卷 77-80页

作者：葛宜元王金武李世伟孙文东北农业大学工程学院哈尔滨150030 中国电子科技集团第49研究所哈尔滨150001

利用DH5937应力测试系统和传感器技术,对刀轴的弯矩和扭矩进行了模拟实测,编制了刀轴弯扭复合载荷谱。通过迈内尔(Miner)线性累积损伤理论推导出刀轴在复合应力作用下的疲劳寿命估算式,并利用刀轴弯扭载荷谱估算出刀轴的疲劳寿命,较设... 详细信息

利用DH5937应力测试系统和传感器技术,对刀轴的弯矩和扭矩进行了模拟实测,编制了刀轴弯扭复合载荷谱。通过迈内尔(Miner)线性累积损伤理论推导出刀轴在复合应力作用下的疲劳寿命估算式,并利用刀轴弯扭载荷谱估算出刀轴的疲劳寿命,较设计寿命提高了433 h。

关键词：整株秸秆还田刀轴弯扭载荷谱复合应力疲劳寿命

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深施型液态施肥机扎穴机构优化设计

农业机械学报 2010年第4期41卷 52-55页

作者：王金峰王金武葛宜元刘亚华鞠金艳东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为实现液态施肥机高速作业,设计了一种结构简单、运动平稳的椭圆齿轮行星系作为液态施肥机的扎穴机构。对该机构进行运动学分析,建立了数学模型,以穴距200 mm和入土深度120～150 mm为寻优目标,应用Visual Basic 6.0软件编程得出满足机... 详细信息

为实现液态施肥机高速作业,设计了一种结构简单、运动平稳的椭圆齿轮行星系作为液态施肥机的扎穴机构。对该机构进行运动学分析,建立了数学模型,以穴距200 mm和入土深度120～150 mm为寻优目标,应用Visual Basic 6.0软件编程得出满足机构运动要求的最优参数范围为:喷肥针尖和行星轮轴连线与行星架的初始夹角-45°～-40°、行星架初始角位移40°～50°、喷肥针尖与行星轮轴心距离280～300 mm,此时椭圆齿轮长半轴29.364 mm、齿数23、短半轴与长半轴比0.958,正圆齿轮半径25 mm。从优化工作参数中选择一组参数设计扎穴机构,应用Pro/E软件进行仿真。结果表明,根据优化参数设计的扎穴机构能够满足穴距和入土深度的设计要求。

关键词：液态施肥机扎穴椭圆齿轮仿真优化设计

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水稻整株秸秆还田机功耗影响试验

江苏大学学报（自然科学版） 2010年第5期31卷 497-501页

作者：王金武张明秋葛宜元东北农业大学工程学院黑龙江哈尔滨150030 鸡西大学理工系黑龙江鸡西158100 佳木斯大学机械工程学院黑龙江佳木斯154007

为研究1ZT-210型水稻整株秸秆还田机前进速度、刀辊转速、埋草弯刀的安装角对功耗的影响规律,通过三元二次正交旋转组合设计进行试验,并采用遥测技术对功率进行数据采集,得到各单因素与两两因素交互作用对功耗影响的变化曲线和回归方程... 详细信息

为研究1ZT-210型水稻整株秸秆还田机前进速度、刀辊转速、埋草弯刀的安装角对功耗的影响规律,通过三元二次正交旋转组合设计进行试验,并采用遥测技术对功率进行数据采集,得到各单因素与两两因素交互作用对功耗影响的变化曲线和回归方程,并得到当机器前进速度为1.3 km/h、刀辊转速为213 r/min、安装角为55°,功耗最小为10.56 kW.试验通过因素组合达到降低功耗的效果,结果为整机的改进设计提供理论参考.

关键词：农业机械整株秸秆还田机遥测功耗

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弹齿式苗间除草装置关键部件设计与试验

农业机械学报 2010年第6期41卷 81-86页

作者：陈振歆王金武牛春亮葛宜元王金峰东北农业大学工程学院哈尔滨150030

设计了一种水田苗间除草作业的弹齿式除草装置,采用钢丝软轴传动,除草盘为弧形。分别在秧苗生长到第7天和第14天时采用二次旋转正交设计进行土槽试验,利用Design-Expert软件分析,获得除草盘转速、机器前进速度、耕作深度之间交互作用及... 详细信息

设计了一种水田苗间除草作业的弹齿式除草装置,采用钢丝软轴传动,除草盘为弧形。分别在秧苗生长到第7天和第14天时采用二次旋转正交设计进行土槽试验,利用Design-Expert软件分析,获得除草盘转速、机器前进速度、耕作深度之间交互作用及对除草率和伤苗率的影响。最终确定第7天作业时除草装置的最佳工作参数为:除草盘转速230 r/min、机器前进速度1.02 m/s、耕作深度18 mm,此时除草率73%及伤苗率0.13%;第14天作业的最优组合为:除草盘转速230 r/min,机器前进速度0.48 m/s,耕作深度27 mm。根据第7天试验最佳工作参数组合进行验证试验,结果表明此参数组合能满足除草率要求,且伤苗率最小。

关键词：机械式除草机弹齿设计试验

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玉米根茬收获机设计与试验

农业机械学报 2012年第6期43卷 68-72页

作者：王俊发马浏轩邵东伟葛宜元刘新柱佳木斯大学机械工程学院佳木斯154007

在大量试验的基础上设计了集挖茬、拾茬、清茬、引茬、集茬和侧位条铺于一体的玉米根茬收获机。整机主要由根茬挖掘装置、清理捡拾装置、链式输送装置及悬挂和液压系统等组成。适用于玉米、高梁等作物根茬的挖掘和集铺。该机具采用偏置... 详细信息

在大量试验的基础上设计了集挖茬、拾茬、清茬、引茬、集茬和侧位条铺于一体的玉米根茬收获机。整机主要由根茬挖掘装置、清理捡拾装置、链式输送装置及悬挂和液压系统等组成。适用于玉米、高梁等作物根茬的挖掘和集铺。该机具采用偏置柄式挖掘铲和弹性伸缩式捡拾机构,实现了对非藕联玉米根茬的地表下捡拾。田间试验结果表明:根茬漏拔率小于2.8%,生产率0.955～1.086 hm2/h,作业幅宽2.6 m,整机可靠性系数96.8%。

关键词：玉米根茬收获机设计田间试验