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基于ANSYS/LS-DYAN的旋耕刀辊垫料切削有限元模拟

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中国奶牛 2018年第6期 35-38页

作者：管迪邓书辉唐玉洁施正香黑龙江八一农垦大学工程学院大庆163319 中国农业大学水利与土木工程学院农业部设施农业工程重点实验室北京100083

为研究奶牛卧床旋耕平整装置的刀辊与垫料之间的关系特征,设计了一套奶牛卧床旋耕平整装置,根据旋耕刀切削垫料的特点,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对旋耕刀辊切削垫料的过程进行模拟分析,得出了刀辊切削垫料的切削功耗曲线及垫料... 详细信息

为研究奶牛卧床旋耕平整装置的刀辊与垫料之间的关系特征,设计了一套奶牛卧床旋耕平整装置,根据旋耕刀切削垫料的特点,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对旋耕刀辊切削垫料的过程进行模拟分析,得出了刀辊切削垫料的切削功耗曲线及垫料等效应力的变化规律。结果表明,刀辊切削垫料的最大等效应力为52.71MPa,最大切削力为27.733KN,垫料的最大等效应力发生在旋耕刀刚入时,且所得功耗值与经验值相对误差为6.61%。研究结果为奶牛舍卧床旋耕平整装置工作部件的设计提供参考。

关键词：奶牛卧床平整装置旋耕刀辊有限元

微耕机旋耕刀片及其刀辊的参数优化设计与试验

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农业机械 2014年第5期 155-158页

作者：郝小征李忠庆黄树国李树早宁旺云云南农业大学机电工程学院云南省昆明市农业机械化技术学校云南省昆明市寻甸县农机校

本设计修正了旋耕刀滑切角,每个刀盘上的刀片数由3叶改为4叶,左弯刀和右弯刀的排列采用线性排列,打破了传统按螺旋线规则排列的方式,提高了耕地深度;适当调整了复合刀挡板高度,既不易缠草,作物秸杆又能很好地起到碎土作用;试验验证了新... 详细信息

本设计修正了旋耕刀滑切角,每个刀盘上的刀片数由3叶改为4叶,左弯刀和右弯刀的排列采用线性排列,打破了传统按螺旋线规则排列的方式,提高了耕地深度;适当调整了复合刀挡板高度,既不易缠草,作物秸杆又能很好地起到碎土作用;试验验证了新型旋耕刀和旋耕刀辊的实用性。

关键词：滑切角线性排列:复合刀挡板旋耕刀辊试验

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基于SPH算法的微耕机旋耕切土仿真研究

农机化研究 2014年第6期36卷 19-22页

作者：朱留宪杨玲朱超杨明金四川工程职业技术学院机电工程系四川德阳618000 西南大学工程技术学院重庆400715

运用Pro/E和HYPERMESH软件,建立了旋耕刀辊的有限元模型。通过编辑K文件,建立了土壤SPH模型。应用光滑流体动力学理论,采用MAT147土壤材料,结合DYNA求解器,对微耕机旋耕切土进行了仿真研究。分析了旋耕刀辊切土过程,得到了旋耕刀辊切削... 详细信息

运用Pro/E和HYPERMESH软件,建立了旋耕刀辊的有限元模型。通过编辑K文件,建立了土壤SPH模型。应用光滑流体动力学理论,采用MAT147土壤材料,结合DYNA求解器,对微耕机旋耕切土进行了仿真研究。分析了旋耕刀辊切土过程,得到了旋耕刀辊切削力曲线和能量曲线,计算出微耕机在前进速度0.3m/s、旋转速度2.12r/s、耕深110mm、耕宽30mm参数条件下的切土功率为3.45kW,与实际微耕机的使用功率比较接近,验证了仿真的可靠性,可为微耕机整机及其零部件的优化设计提供理论依据。

关键词：微耕机旋耕旋耕刀辊 SPH算法

1WG-4.1型多功能微型玉米复式作业机的设计及试验

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1WG-4.1型多功能微型玉米复式作业机的设计及试验

作者：翁玮南京农业大学

学位级别：硕士

微耕机作为我国农用机械耕作中不可缺少的重要组成之一,广泛应用于水旱田耕地、温室大棚耕作、小规模田园作业中,在丘陵和山区地带也得到应用,为当地的农业机械化发展起到推动作用。近几年,我国微耕机的市场逐渐增大,但微耕机的产品参... 详细信息

微耕机作为我国农用机械耕作中不可缺少的重要组成之一,广泛应用于水旱田耕地、温室大棚耕作、小规模田园作业中,在丘陵和山区地带也得到应用,为当地的农业机械化发展起到推动作用。近几年,我国微耕机的市场逐渐增大,但微耕机的产品参差不齐,许多产品由于功耗大、性能单一难以满足农村耕作发展的需求。为了解决上述的问题,迫切需要研制出一种性能好的多功能微耕机。本文主要以南方地域环境为参考对象,在国内外微耕机的发展与技术现状的基础上,设计了 1WG-4.1型多功能微型玉米复式作业机。建立了整机三维模型并对关键零部件进行了参数化分析。通过在田间对样机进行旋耕、起垄试验测试了微耕机各项性能。得到的结论与成果如下:1.分析了国内外微耕机发展历程与技术研究现状,阐述了多功能微耕机的基本工作原理,为设计出更加安全可靠的微耕机提供理论基础。2.根据地域和农艺要求,对本文机具进行了功耗估算分析和动力匹配,同时将该微耕机的工作幅宽定为86cm,耕深定为6cm,播种施肥均为单行。设计开发的微耕机主要有机身总成、传动装置、机架、旋耕装置、起垄机构、施肥装置、播种装置等,使之能完成多种农业耕作。3.对关键部件进行了结构设计和参数分析。设计了旋耕刀辊的结构类型,并对其进行了校核;结合《农业机械设计手册》对旋耕刀的结构参数进行设计并在不同工作情况下进行了受力分析;设计出由锥体、筋板、压实板、轴套四部分组成的起垄器;设计出窝眼轮式排种器和16槽小槽轮排肥器。4.设计了排种箱及排肥箱的结构,排种箱的体积V1=2.25 dm3,排肥箱V2 = 3 dm3。对整机进行三维建模和装配,通过装配干涉验证了设计的合理性。进行了动态仿真,模拟现实工作状况。5.对设计的样机进行了生产和田间试验,结果表明整机具有良好的通过性和稳定性,旋耕、起垄、播种、施肥各项指标都均达到国家农艺规定要求,满足微耕机的设计要求。

关键词：微耕机旋耕刀辊施肥播种试验

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果园避障旋耕机关键部件的设计与研究

果园避障旋耕机关键部件的设计与研究

作者：王斌石河子大学

学位级别：硕士

林果业是新疆经济发展的支柱产业,根本出路是实现机械化,但受传统果园种植模式和生产方式的影响,新疆林果机械的发展相对滞后。论文针对现有旋耕机果园中耕作业时,果树株距间的区域无法作业,需要人工二次补耕的问题,提出一种避障作业方... 详细信息

林果业是新疆经济发展的支柱产业,根本出路是实现机械化,但受传统果园种植模式和生产方式的影响,新疆林果机械的发展相对滞后。论文针对现有旋耕机果园中耕作业时,果树株距间的区域无法作业,需要人工二次补耕的问题,提出一种避障作业方式。通过将液压控制系统嫁接于普通旋耕机上,设计了一种果园避障旋耕机,着重设计了果园避障旋耕机的工作部件旋耕刀辊和避障系统,借助计算机辅助软件对各部分进行了仿真优化与改进,最终试制了样机,进行了生产试验。论文主要做了以下研究:(1)果园避障旋耕机工作原理及避障动作实现方式的研究。通过文献查阅和实地调研,结合新疆果园种植模式、旋耕机果园作业工况要求和现有避障动作实现方式,确定了果园避障旋耕机最终设计方案,并对其工作原理和工作过程进行了分析研究;(2)果园避障旋耕机旋耕刀辊的设计。针对果园中耕作业对旋耕机的特殊工况要求,结合新疆南疆果园土壤特质,选择了旋耕刀型式。基于果园种植模式和中耕作业农艺要求,确定了旋耕机作业幅宽、耕作深度等基本参数,进而参照传统设计手段,设计了旋耕刀盘、旋耕刀轴,确定了刀盘的排列方式,完成了旋耕刀辊的参数化设计;(3)果园避障旋耕机旋耕刀辊静力学分析与切土动力学仿真。建立了旋耕刀辊三维实体模型,运用ANSYS及LS-DYNA对其进行了特殊工况下的静力学和切土动力学分析,研究了旋耕机避障作业过程中旋耕刀片的应力应变分布、刀辊产生的振动变形以及刀片切土机理和能量消耗等,对仿真结果进行了分析讨论,为刀辊的结构优化提供了理论依据;(4)果园避障旋耕机避障系统的设计与研究。设计了“机械+液压”的旋耕机避障系统,包括感应机构(机械触杆)、信号传递机构、避障动作执行机构(四杆机构)和液压控制系统。对避障系统的工作原理、实现方式和调整方法进行了详细介绍,对液压控制系统各元器件进行了计算选型,并借助AMESim仿真软件对液压系统进行了仿真分析,论证了系统设计的正确性;(5)果园避障旋耕机田间性能试验研究。基于NY/T 2456-2013《旋耕机质量评价技术规范》对果园避障旋耕机各项作业性能指标进行了实地测量,结果表明设计的果园避障旋耕机作业质量满足国家标准和设计目标;对旋耕机避障系统的工作性能进行了试验研究,结果表明:果园避障旋耕机在常规作业速度(2-5km/h)下,避障作业的漏耕率<5%,稳定性达到100%。

关键词：果园旋耕机避障系统旋耕刀辊仿真分析性能试验

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茶园小型微耕机的设计与研究

茶园小型微耕机的设计与研究

作者：徐成刚安徽农业大学

学位级别：硕士

茶园的除草、施肥、松土是茶叶生产过程的重要环节,茶园传统的除草施肥松土方式都是人工操作,作业效率低,劳动强度大。现有微耕机具有整机尺寸小、结构稳定、综合效率高、操做方便等特点,逐渐开始被农民广泛使用,但六安茶园由于地形地... 详细信息

茶园的除草、施肥、松土是茶叶生产过程的重要环节,茶园传统的除草施肥松土方式都是人工操作,作业效率低,劳动强度大。现有微耕机具有整机尺寸小、结构稳定、综合效率高、操做方便等特点,逐渐开始被农民广泛使用,但六安茶园由于地形地貌和茶树种植的农艺特点,现有微耕机一直无法适应其实际生产要求。为了提高茶园的松土、除草效率,本课题通过实际考察六安低山丘陵地区土壤环境特点,设计适应山区茶园土壤耕作的小型茶园微耕机。具体研究内容如下所述:1.设计一种小型茶园微耕机,通过对整机结构受力情况和刀片刀轴受力变形分析,对旋耕部件和传动系统等关键部件进行设计,确定旋耕刀形状和刀轴转速等运动参数,根据刀轴转速和整机前进速度计算旋耕功耗确定发动机动力匹配,根据变速箱输入转速和刀轴最佳切割速度,设计变速箱的传动系统,并配置变速箱各级传动比。2.基于虚拟样机和有限元分析等理论知识,在三维软件里完成旋耕部件的三维建模,导入到有限元分析软件中,通过有限元仿真分析,得出旋耕刀和刀轴具体的应力分布和位移变化,分析刀具折弯折断主要原因,在此基础上为刀具的设计以及合理优化结构参数提供理论依据。3.旋耕刀辊是该小型微耕机重要结构部分,整机的性能直接与其动态特性相关,通过有限元模态分析,得出刀辊的各阶固有频率和对应振型图,对各阶振型进行分析得出其振动特性,为进步动力学分析以及减少刀辊振动失效奠定基础。4.加工样机,进行性能试验和正交试验,测量机器基本性能参数,评估机器作业质量,检验该机是否能满足六安茶园作业的实际生产要求,同时对整机使用可靠性、安全性以及适应性做整体的校验。试验测得耕作深度达到189mm,耕宽为480mm,在最佳组合条件下试验得出碎土率大于80%,耕作过程中在茶园茶树间距小、茶蓬间距小以及具有横向坡度的地带都能很好的通过,显著提高了生产效率。

关键词：茶园微耕机旋耕刀辊模态分析试验

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蔬菜行间微型旋耕除草机的设计与试验

蔬菜行间微型旋耕除草机的设计与试验

作者：贺卫珍西北农林科技大学

学位级别：硕士

开发新型除草机械,减少乃至杜绝除草剂的使用是绿色农业的必由之路。西北农林科技大学太白蔬菜试验站的专家和菜农,多年来,一直没有找到一种前进速度均匀,操作省力、性能稳定可靠、适应窄行距蔬菜作物的微型松土除草机械。因此,提出了... 详细信息

开发新型除草机械,减少乃至杜绝除草剂的使用是绿色农业的必由之路。西北农林科技大学太白蔬菜试验站的专家和菜农,多年来,一直没有找到一种前进速度均匀,操作省力、性能稳定可靠、适应窄行距蔬菜作物的微型松土除草机械。因此,提出了刀轴带动地轮的驱动式蔬菜行间微型旋耕松土除草机的设计方案。通过类齿轮传动机构,直接传至驱动轮轴,给机组增加匀速前进的驱动扭矩,是新型微耕除草机的主要特点。主要研究内容和结果如下:1、轻简型微耕除草机行走系统的研究。根据我国蔬菜及其他200-250mm窄行距作物的种植特点,充分考虑菜农一次性投入的承受能力,确定微耕除草机的总体设计,应以结构简单紧凑,工作部件和机组的前进速度简单够用,整机重量小于35公斤的轻简型机为主要研发目标。因此,轻简微耕机由刀轴经类齿轮传动驱动地轮,实现机组的匀速前进。2、旋耕刀辊的力学分析和刀轴强度设计方法研究。新型微耕除草机的刀辊零部件强度,是机组设计的重要组成部分。传统的设计方法费力费时,本文以经过长期使用检验,设计合理的旋耕机某定型产品ISG9-50的刀辊部件作为强度基准,基于ANSYS对新设计微耕除草机刀辊进行分析。在对基准刀轴和原设计的微耕机刀轴进行应力分析和比较的基础上,对原微耕机刀轴进行了改进设计。该研究为合理利用材料,降低产品成本,尤其为机械结构的改进和优化提供了一种新方法。改进的微耕除草机刀轴,由原来直径为Ф19的实心轴,变为尺寸20×8×6（外径×内径×壁厚）的空心轴,耗材减少了7%,最大等效应力为55.808Mpa,减小了8.3%,且小于旋耕机刀轴的最大等效应力56.818Mpa。改进后刀轴最大变形0.0202mm,小于原设计的0.0206mm,也小于基准刀轴的0.02934mm。结果表明:若新设计零件与基准产品具有相同的应力和应变,则两者的强度可靠性相同。改进后的微耕机刀轴,具有更合理的受力、结构和尺寸。3、新机组性能试验。新机组前进速度的均匀性和除草率的试验结果表明:新设计机组,在坚硬的土壤上,试验所得机具的平均前进速度为0.25m/s;在松软土壤上,机具前进平均速度为0.22 m/s。而作为对照机型的无驱动轮微耕机,在坚硬的地面上,机具速度平均为1.8 m/s。在松软地面上,若遇到硬质点,机具前进速度最高可达1.3m/s;而在一般松软土壤中,机具前进速度最低为0.0 m/s。在3个试验区中,7天后的检测发现,新机具平均除草率为64.3%。说明:新机具的前进速度均匀性优于无驱动轮的对照机型。而且,机组操作的舒适性有效提高,降低了工人劳动强度。

关键词：除草机松土旋耕刀辊强度设计方法

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微耕机刀辊的优化设计及切土性能研究

微耕机刀辊的优化设计及切土性能研究

作者：张引航西南大学

学位级别：硕士

微耕机主要用于水、旱田耕整、田园管理和设施农业等耕耘作业,它可以直接用驱动轮轴驱动旋转工作部件,即刀辊。刀辊是微耕机的耕作部件,即微耕机的刀具。微耕机的作业质量、操作性、振动和噪音、能量消耗等在很大程度上取决于刀辊的设... 详细信息

微耕机主要用于水、旱田耕整、田园管理和设施农业等耕耘作业,它可以直接用驱动轮轴驱动旋转工作部件,即刀辊。刀辊是微耕机的耕作部件,即微耕机的刀具。微耕机的作业质量、操作性、振动和噪音、能量消耗等在很大程度上取决于刀辊的设计制造及其与切土参数的匹配。刀辊由旋耕弯刀和刀轴组成,弯刀按一定排列方式安装在刀轴上。旋耕弯刀的正切部和侧切部担负切土工作,其几何参数直接影响刀辊及微耕机的工作性能。目前,微耕机刀辊的选型和设计主要基于对传统耕耘机刀辊几何和切土参数的借鉴和改进,依赖于经验和实际试验。各微耕机生产企业所配刀辊(主要是旋耕弯刀)的形状、结构和切土参数差异较大,整机性能匹配不尽合理,缺乏理论指导。针对微耕机刀辊选型和设计理论的不完善,以及旋耕弯刀参数设计和选择标准不完善等问题,本文对旋耕弯刀几何参数建模、背角建模和旋耕刀辊排列设计,以及旋耕弯刀和刀辊的动力学仿真切土试验等关键技术进行了研究,设计并优化了微耕机刀辊的形状、结构和切土参数,形成了微耕机最优刀具选型和设计方法。本研究能为微耕机刀辊设计和整机性能匹配提供理论依据。本文的主要研究结果包括:(1)建立了旋耕弯刀参数化模型和背角数学模型,在此基础上研究了正切刃包角与背角的关系,分析了旋耕弯刀弯折角与背角的关系。结果表明,包角和弯折角对背角的影响显著,都呈正相关,对研究旋耕弯刀切土性能有重要影响。(2)运用有限元分析软件ANSYS/Workbench对旋耕弯刀进行静力分析,得到旋耕弯刀受力时的等效应力应变及总变形分布情况,从理论上验证了基于旋耕弯刀参数模型优化设计的旋耕弯刀的合理性。(3)通过基于SPH算法的仿真切土方法,分析了文中旋耕弯刀的切土性能,以及对比分析了Alpha角对旋耕弯刀切土性能的影响,为研究旋耕弯刀几何参数与其切土功耗之间的影响关系提供了理论依据。(4)对旋耕刀辊进行优化设计,得到优化旋耕刀辊模型,并通过基于SPH算法的仿真切土方法,对比研究了优化旋耕刀辊与传统旋耕刀辊在切削土壤时动力学性能和能量消耗的差异。结果表明,相对于传统旋耕刀辊,优化旋耕刀辊的切土性能更优,其切削功率比传统旋耕刀辊减小10%。(5)对比分析了两组刀辊的仿真计算功率与估算功率。结果表明,两者之间的相对误差较小,说明基于SPH算法的切土仿真用于旋耕刀辊切土性能研究是可行的。

关键词：旋耕弯刀旋耕刀辊几何参数切土性能数值模拟

基于离散元法的秸秆还田机仿真优化与试验研究

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基于离散元法的秸秆还田机仿真优化与试验研究

作者：张俊安徽农业大学

学位级别：硕士

中国是一个农业大国,农业是国民经济的基础,农业和农村经济的发展状况直接影响到整个国民经济的持续发展和社会稳定。近年来,由于人民生活水平的提高,农民很少用秸秆作为燃料,畜牧业农场逐渐取代了家庭养殖的模式,农民对秸秆的需求量逐... 详细信息

中国是一个农业大国,农业是国民经济的基础,农业和农村经济的发展状况直接影响到整个国民经济的持续发展和社会稳定。近年来,由于人民生活水平的提高,农民很少用秸秆作为燃料,畜牧业农场逐渐取代了家庭养殖的模式,农民对秸秆的需求量逐渐减少,再加上秸秆回收成本过高,每年在庄稼收获的季节,农民为了抢种和处理方便就将收获后遗留在田间的秸秆就地焚烧,不但造成了大量的资源浪费,而且造成了环境的污染。本文针对目前农田秸秆还田机存在刀具磨损严重、能耗大、作业质量差等问题,设计了一种节能型秸秆还田机,对关键零部件进行了设计,基于离散元法进行了秸秆-土壤-旋耕刀辊相互作用仿真分析,并开展了机具田间试验。本文主要开展了以下内容研究:(1)在秸秆还田机结构设计上采用中间传动方式,对旋耕机的关键部件做了详细设计。采用六区段双螺旋排列方式,设计了一种轻量化带孔型旋耕刀片,在旋耕刀刃口采用堆焊处理,大大延长了旋耕刀寿命。在刀柄与侧切面之间设计了加强肋,使得旋刀强度更高,有效地解决了旋耕刀侧切面容易折断的现象。(2)基于EDEM软件的离散元法建立了秸秆-土壤-旋耕刀辊相互作用仿真模型,并从土壤和桔杆运动及旋耕刀受力角度对秸杆、土壤和刀具的相互作用进行了分析,得到土壤平整度、秸秆埋覆率和作业能耗。以前进速度、刀辊转速和旋耕深度为因素,开展三因素三水平的响应面试验研究,采Design Expert-Version软件,对试验数据进行处理与分析,并根据二次回归拟合模型分别绘出功耗、秸秆埋覆率的响应面分析图,获得旋耕刀辊的最优工作参数,并验证刀辊设计的合理性。(3)测定了试验地秸秆量、含水率,根据响应面分析得到的最优参数组合,进行秸秆还田机田间试验,验证了仿真合理性,并与传统秸秆还田机进行对比。结果表明,设计的秸秆还田机作业宽幅、耕深稳定性、秸秆埋覆率、碎土率以及土壤平整度均符合国家标准,达到了设计要求;比传统秸秆还田机的土壤破碎度高、作业效果好、效率高,功耗小。

关键词：秸秆还田机离散元法仿真分析试验设计旋耕刀辊