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江西农业大学学报 2024年

作者：余伟军孙步功胡耀辉徐先英马新兵祁渊张鹏甘肃农业大学机电工程学院甘肃省治沙研究所

【目的】草方格沙障是一种稻草秸秆压制到沙漠里起减缓风速的机械固沙手段，为减轻劳作强度提高效率，采用机械化作业。针对沙漠草方格铺压一体机压草碾轮压制过程中沙土和稻草秸秆动力学微观机理变化不明晰，压草过程易推草带草，均匀... 详细信息

【目的】草方格沙障是一种稻草秸秆压制到沙漠里起减缓风速的机械固沙手段，为减轻劳作强度提高效率，采用机械化作业。针对沙漠草方格铺压一体机压草碾轮压制过程中沙土和稻草秸秆动力学微观机理变化不明晰，压草过程易推草带草，均匀性不稳定和压草碾轮易磨损的问题。【方法】利用有限元仿真和理论分析结合对压草碾轮的结构校核分析，基于离散元(EDEM)仿真软件建立沙土-稻草秸秆-压草碾轮三者互作系统模型，基于模拟仿真的变化规律，研究的是其微观动力学相互作用机理和压草碾轮磨损情况。【结果】仿真结果表明，压草碾轮结构设计满足要求，有效解决了推草和带草的问题；易磨损区域在外缘锯齿尖和加强筋，且因滑移产生的滑动摩擦会加剧碾轮磨损；锯齿形压草碾轮作业质量优于圆盘形压草碾轮，可有效提高压草合格率11.4%；压草过程产生的沙土扰动轮廓接近压草碾轮触土部分呈V字形，且速度越大沙土扰动越大，压草碾轮磨损越大，铺设越不稳定。【结论】仿真模型呈现了微观作业过程中秸秆、沙土颗粒和压草碾轮的运动特性，同时应用离散元法进行压草过程的仿真模拟与实际作业效果对比，仿真结果与沙漠实地试验工况基本一致，验证压草碾轮设计的可行性和合理性以及仿真模型的准确性，为压沙治沙机械提供了新的方法和参考依据。

关键词：压草碾轮离散元法稻草秸秆沙土扰动数值分析柔性固沙机械

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扩沙建植作业装置与沙粒相互作用过程的研究

扩沙建植作业装置与沙粒相互作用过程的研究

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作者：申建设北京林业大学

学位级别：硕士

在沙地直落苗式移栽机进行沙地栽植作业时,存在着锥形鸭嘴装置与沙土相互作用机理,以及工作参数与沙土扰动、栽植有效深度和作业阻力间关系不明的问题。本文采用离散元法,建立锥形鸭嘴装置-沙土仿真模型,研究装置与沙土相互作用机理,探... 详细信息

在沙地直落苗式移栽机进行沙地栽植作业时,存在着锥形鸭嘴装置与沙土相互作用机理,以及工作参数与沙土扰动、栽植有效深度和作业阻力间关系不明的问题。本文采用离散元法,建立锥形鸭嘴装置-沙土仿真模型,研究装置与沙土相互作用机理,探明锥形鸭嘴工作参数对沙土扰动行为的影响,并对鸭嘴装置的工作参数进行优化。开展了鸭嘴装置土槽试验,验证鸭嘴装置栽植阻力的变化规律。本文主要研究工作如下:(1)建立了锥形鸭嘴装置-沙土仿真模型。通过测量研究沙土的含水率、干密度、堆积角,确定了沙土的本征参数。根据通用EDEM材料模型库(GEMM)初选了HCMC接触模型参数的范围,并基于堆积角的标定试验以及回归分析,进一步确定了模型的参数,最终构建了适用于研究沙土的数值仿真系统。(2)研究了栽植过程鸭嘴装置与沙土扰动机理。首先,通过对沙土进行横向和纵向分层着色以及对关键位置的沙粒进行轨迹跟踪,研究了沙土宏观和微观运动规律。其次,通过研究栽植过程中沙土的速度分布云图以及各层运动速度变化,分析了栽植过程中沙土运动速度规律。结果表明,鸭嘴装置在贯入阶段,活动鸭嘴对沙土主要产生挤压作用,沙土扰动随深度增加逐渐减小;固定鸭嘴对沙土主要产生剪切作用,对沙土的扰动最小。鸭嘴装置扩沙成穴阶段,活动鸭嘴侧沙土表层运动范围最大,中层和深层沙土主要呈现水平和抬升运动。(3)首先,通过研究鸭嘴装置不同工作参数下沙土受力及最大速度变化规律,探明了锥形鸭嘴工作参数对沙土扰动行为的影响。其次,采用响应曲面试验设计的方法,优化了栽植作业的有效深度和最大阻力。最后,通过土槽试验测量活动鸭嘴表面压力,验证了离散元模型的准确性和活动鸭嘴受力的变化规律。结果表明:随着鸭嘴栽植速度、转角速度的增加各沙土最大平均运动速度逐渐增加。随栽植深度的增加浅层沙土的平均运动速度变化较小。贯入阶段装置主要克服沙土对活动鸭嘴在Z方向上的阻力,扩沙成穴阶段,装置主要克服沙土对活动鸭嘴在X方向的阻力。确定了工作参数最优组合,栽植深度85mm,栽植速度40mm/s,转角速度20 deg/s。

关键词：沙土扰动锥形鸭嘴装置离散元法栽植阻力

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