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东北垄作区耦合仿生镇压轮设计与试验

农机化研究 2021年第4期43卷 134-140页

作者：毕世英刘伟达郭丽君潍坊学院机电与车辆工程学院山东潍坊261061 潍柴动力股份有限公司山东潍坊261061

针对东北垄作地区春播时风大、雨少、温度高等造成的土壤水分蒸发快、缺苗严重等现象,借鉴现有镇压方式对种子周围土壤的压实研究,以蜗牛和扇贝触土外凸曲面为仿生对象,设计了耦合仿生镇压轮。耦合仿生镇压轮可以从两侧挤压土壤,使湿润... 详细信息

针对东北垄作地区春播时风大、雨少、温度高等造成的土壤水分蒸发快、缺苗严重等现象,借鉴现有镇压方式对种子周围土壤的压实研究,以蜗牛和扇贝触土外凸曲面为仿生对象,设计了耦合仿生镇压轮。耦合仿生镇压轮可以从两侧挤压土壤,使湿润的土壤压缩,保持土壤含水率和土壤温度,促进种子生长。采用耦合仿生方法,提取了蜗牛触土横面外凸曲线与扇贝纵向横面外凸曲线,在AutoCAD中对曲面逆向重构,获得轮子表面的凸包体,并遵循横向受力均匀和径向等间隔的原则,将凸包体排列在镇压轮表面,设计了耦合仿生镇压轮。离散元仿真试验结果表明:耦合仿生镇压轮作业时无明显壅土现象,耕作阻力较传统刚性镇压轮降低了8.7%。田间试验结果表明:相比于传统刚性镇压轮,耦合仿生镇压轮作业后平均土壤硬度增加17.7%,土壤含水率增加15.15%,土壤温度升高15.4%,出苗率提高2.9%,出苗时间平均缩短1.68天,耦合仿生镇压轮结构合理,作业性能优良。

关键词：镇压轮耦合仿生离散元法东北垄作区

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免耕播种机仿生镇压轮优化设计与试验研究

免耕播种机仿生镇压轮优化设计与试验研究

作者：肖涵吉林农业大学

学位级别：硕士

镇压轮是农业机械的关键触土部件之一,其作用是对土壤进行合理压实。传统镇压轮主体结构通常选择铸铁、钢材等材料,但是此类材料相对光滑的表面结构特征无法避免作业过程装置主体与土壤颗粒的黏附问题,影响装置良好的运行效果并最终造... 详细信息

镇压轮是农业机械的关键触土部件之一,其作用是对土壤进行合理压实。传统镇压轮主体结构通常选择铸铁、钢材等材料,但是此类材料相对光滑的表面结构特征无法避免作业过程装置主体与土壤颗粒的黏附问题,影响装置良好的运行效果并最终造成镇压力不均匀或者不足的问题,最终影响作业质量。若想克服上述问题的不利影响,充分保证镇压装置的良好性能和确保良好的作业效果,有必要对镇压轮开展优化设计工作,在合理降低装置与土壤黏附性的同时改善作业性能,进而实现更好的作业效果,最终提升农业生产综合效率水平。本研究具体完成以下研究任务:(1)以仿生学理论观点为科学指导,在对镇压轮表面结构进行重新设计的基础上改变其与土壤的接触特性,实现一种凸包结构外表面,具体以绿步甲虫背部凸包结构和克氏原螯虾背部的外凸曲线形状为仿生研究对象,通过逆向工程技术、MATLAB曲线拟合等方法对上述两种结构的特征参数进行提取。结合超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料的使用,运用3D打印技术对凸包结构进行三维实体成型。(2)在Solid Works软件完成三维设计模型的创建工作,并结合ABAQUS软件开展有限元分析,对作业过程汇总镇压轮、土壤的作用特征进行仿真分析,对这一过程中仿生镇压轮的周边土壤结构变化特征、工作阻力特性进行模拟分析,掌握其客观规律为设计工作提供科学依据。(3)具体以传统圆柱镇压轮、仿生凸包镇压轮为对象,基于相同的土壤条件与作业环境对作业效果进行对比分析,对仿生凸包镇压轮的性能优势进行评估分析,明确其在减黏降阻方面的积极效果。具体研究分析了凸包高度、镇压轮倾角、载荷和凸包间距等因素,在两种不同含水率下土壤黏附量、阻力以及土壤容重的情况。相较于传统设计结构的镇压轮,仿生凸包镇压轮在作业过程中能够更好的克服土壤黏附问题,并且能够有效降低土壤阻力,则土壤含水量增加的过程中,上述减黏降阻效果更加显著。仿真分析数据表明,在20士1%的土壤含水率水平下,装置减阻率为1.98%～35.83%,减黏率为21.94%～33.17%;含水率为28士1%时,减阻率为7.65%～39.39%,减黏率为26.71%～33.36%。根据方差分析相关结果,与传统镇压轮相比,仿生镇压轮实现了相对更好的减阻效果。此外,仿生镇压轮还能够实现相对显著的减黏效果,特别是对于含水率相对较大的土壤而言,其减黏效果更加显著。在完成镇压作业之后,土壤容重能够达到1.0～1.3 g/cm左右的水平,能够为农作物的生长提供相对更好的土壤环境。仿真试验结果表明,本研究所涉及的新型镇压轮能够实现非常显著的减黏减阻效果,可以有效减少作业过程中土壤造成的黏附性和阻力,因此能显著提升作业性能,在改善镇压轮设计质量,提高农业生产效率方面发挥了积极有效的作用。

关键词：镇压轮结构设计仿生学有限元仿真

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仿生凸包结构镇压轮的设计与试验

仿生凸包结构镇压轮的设计与试验

作者：陈佳奇东北农业大学

学位级别：硕士

镇压轮是农业机械中典型的滚动触土部件,其基本功能是对土壤进行合理压实。传统镇压轮轮体大都由铸铁或钢材制成,这种宏观上普通光滑的结构使其在作业过程中极易黏附土壤,导致镇压力不足,镇压不均匀。此外,镇压轮在作业时会将一部分土... 详细信息

镇压轮是农业机械中典型的滚动触土部件,其基本功能是对土壤进行合理压实。传统镇压轮轮体大都由铸铁或钢材制成,这种宏观上普通光滑的结构使其在作业过程中极易黏附土壤,导致镇压力不足,镇压不均匀。此外,镇压轮在作业时会将一部分土壤推到前方,形成波浪状隆起,导致壅土现象的产生,这不但使压实效果不理想,还会产生较大的工作阻力,降低镇压轮的作业效率,甚至导致作物减产。因此,针对传统镇压轮土壤黏附现象严重、工作阻力较大的问题,设计一种能够实现减黏降阻的镇压轮对农业生产十分重要。受土壤动物体表非光滑结构(凸包形、凹坑形、棱纹形、鳞片形等)具有减黏降阻性能的启发,又由于灰巴蜗牛壳体的外凸曲面形状与凸包结构的作用原理有一定的相似性,因此,本研究基于仿生学思想,以灰巴蜗牛壳体为仿生对象,采用理论分析与试验研究相结合的方法,设计仿生凸包结构镇压轮并对其进行探究。本文的主要研究内容如下:(1)根据仿生学相关思想,通过改变镇压轮与土壤的接触方式来设计仿生凸包结构镇压轮。以灰巴蜗牛壳体为仿生研究对象,通过逆向工程技术、MATLAB曲线拟合等方法对蜗牛壳体外凸曲面特征参数进行提取。结合PLA材料的使用,运用3D打印技术对凸包结构进行三维实体成型。新型材料PLA具有良好的抗冲击、抗磨损、抗腐蚀、不易黏附、不易吸水、自润滑等特点,这些特点使其能达到良好的减黏效果。而且PLA是环境友好型材料,不会造成污染。(2)在Creo Parametric软件中构建仿生凸包结构镇压轮的三维模型,并通过EDEM软件进行离散元仿真分析,模拟仿生镇压轮与土壤相互作用的动态过程,分析镇压轮所受工作阻力和土壤下陷量的变化规律。利用设计专家软件Design-Expert 8.0.6进行三因素五水平的回归正交旋转组合试验,获得仿生镇压轮的前进速度、配重和凸包高度与工作阻力、土壤下陷量之间的关系以及数学回归模型。在此基础上,对数学回归模型进行多目标优化,最终获得仿生镇压轮的最优运动参数以及结构参数:前进速度为4.8 km/h,配重为360 N,凸包高度为12 mm。(3)选取东北地区垄作常用的传统圆柱镇压轮与仿生凸包结构镇压轮进行土槽对比试验,探究仿生镇压轮的减黏性能。利用EDEM试验中获得的最优参数组合来安排对比试验,考察两种镇压轮在三种不同含水率下黏附土壤量以及土壤容重的情况。试验结果表明,与传统镇压轮相比,仿生凸包结构镇压轮的黏附土壤量较少,且减黏率随土壤含水率的增加而增大。当土壤含水率分别为20±1%、24±1%和28±1%时,仿生镇压轮的减黏率分别达到18.34%、20.50%和23.58%,说明含水率越大,仿生镇压轮的减黏效果越好。经两种镇压轮作业后的土壤容重范围均在1.0.3 g·cm之间,这样的土壤容积密度能满足作物的生长要求。(4)将传统圆柱镇压轮与仿生凸包结构镇压轮进行田间对比试验,探究仿生镇压轮的减阻性能。沿用EDEM试验中仿生镇压轮的最优解来安排对比试验,同时考察试验指标工作阻力、种子出苗率以及土壤容重的情况。试验结果表明,仿生凸包结构镇压轮在保证合理压实的基础上,能实现减小工作阻力的目的,且减阻率达到27.77%。试验结果与仿真试验相符,验证了仿真试验的合理性。同时,仿生镇压轮使玉米种子出苗率达到96.11%,与传统镇压轮相比,出苗率提高了6.69%。本文设计的仿生凸包结构镇压轮,能够有效降低作业过程中产生的工作阻力、黏附土壤量以及壅土现象,且进一步提高镇压作业质量,这为镇压轮的设计提供了可借鉴的新思路。

关键词：镇压轮仿生凸包结构减黏降阻离散元仿真

基于EDEM的播种机镇压轮作业质量仿真试验研究

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内蒙古工业大学学报（自然科学版） 2024年第4期43卷 330-337页

作者：杨波秦建国岑海堂弓海霞内蒙古工业大学机械工程学院呼和浩特010051 哈尔滨工程大学机电工程学院哈尔滨150001

针对播种机开沟后地面拱起土壤易产生风沙扰动的问题,从播种机镇压轮的作业质量入手,研究其作业后对地面环境的恢复效果。以圆柱形光面镇压轮为研究对象分析其平衡状态下的力学性能,基于EDEM离散元软件对镇压过程进行仿真分析,利用Desig... 详细信息

针对播种机开沟后地面拱起土壤易产生风沙扰动的问题,从播种机镇压轮的作业质量入手,研究其作业后对地面环境的恢复效果。以圆柱形光面镇压轮为研究对象分析其平衡状态下的力学性能,基于EDEM离散元软件对镇压过程进行仿真分析,利用Design-Expert软件对作业参数进行三因素三水平的正交试验设计,通过响应面法分析了参数的交互作用对地面平整度的影响,并对参数进行了优化。试验结果显示:镇压过程中,影响地面平整度的作业参数主次顺序为镇压轮作业速度、地面拱起土壤的堆积高度;为满足作业效率需求,当开沟后地面土壤堆积高度为43 mm时,镇压轮作业速度应达到1.32 m/s,此时最佳地面平整度为93%。对于更高的作业效率需求,应结合土壤拱起形态合理提高作业速度。

关键词：地面平整度镇压轮土壤形态响应面法 EDEM仿真

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筑畦铺膜装置的镇压轮

粮油加工与食品机械 1983年第7期 18-19页

作者：姜喆雄

传统的镇压轮如图1所示,把由软质材料构成的轮体2,用一对圆盘3、4挟持着。这种镇压轮工作时,倾斜地沿着畦5的两侧滚动,镇压薄膜6的两边。由于镇压作用,使薄膜6的两侧向外张紧,可

关键词：镇压轮软质铺膜机通用机架筑畦器圆盘轮体装置

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铺膜装置的镇压轮

粮油加工(电子版) 1983年第7期 20-21页

作者：姜喆雄

过去的镇压轮,一般都采用在轮体的外周上粘贴环状海绵或用铁片夹持海绵。这种结构装拆不便,而且由于海绵是在被固定的状态下圆周方向和侧向受挠曲,因此在不平地上行走时海绵容易疲劳损坏。另外,海绵镇压轮镇压地膜时缓冲性太

关键词：铺膜圆周方向侧向外周海绵镇压轮覆土圆盘环圈装置

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美最时Plus型单行镇压轮

农业机械 2008年第35期 45-45页

美最时Plus型单行镇压轮，是同半悬挂耘耕机组配套使用的液压折叠式土壤镇压器具．主要由多个V形缘铸铁环组成．铸铁环缘侧面与中心面相交，夹角为300适用于粘性土壤．45°适用于沙性土壤。该镇压轮采用管状轮和弹性耙体．作业中可使土... 详细信息

美最时Plus型单行镇压轮，是同半悬挂耘耕机组配套使用的液压折叠式土壤镇压器具．主要由多个V形缘铸铁环组成．铸铁环缘侧面与中心面相交，夹角为300适用于粘性土壤．45°适用于沙性土壤。该镇压轮采用管状轮和弹性耙体．作业中可使土壤细碎并能均匀分布被粉碎的作物秸秆．具有连接方便、维护保养简单、动力消耗少以及使用寿命长等特点。

关键词：镇压轮 Plu 单行 s型沙性土壤配套使用粘性土壤作物秸秆

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雷肯FixPack型犁沟镇压轮

农业机械 2008年第20期 41-41页

雷肯FixPack型犁沟镇压轮，是同EurOpal和VariOpal型铧式犁机组配套使用的犁沟镇压器具．适用于3～5条犁沟已耕地面的镇压作业。该镇压轮分带切杆的扁钢、圆管轮，带刮片的合成轮和星形轮4种类型以适应不同的土壤作业。

关键词：镇压轮铧式犁 k型 VariO 配套使用 pal型作业土壤

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美最时VarioPack型液压折叠镇压轮

农业机械 2008年第32期 45-45页

美最时VarioPack型液压折叠镇压轮．是同播种机组配套使用的单行、前端垄沟镇压器具。该镇压轮主要由多个V形铸铁环组成，铸铁环缘侧面与中心面呈一夹角，30°适用于粘性土壤．45°适用于砂性土壤。运输时该镇压轮可折叠，使机身宽度小... 详细信息

美最时VarioPack型液压折叠镇压轮．是同播种机组配套使用的单行、前端垄沟镇压器具。该镇压轮主要由多个V形铸铁环组成，铸铁环缘侧面与中心面呈一夹角，30°适用于粘性土壤．45°适用于砂性土壤。运输时该镇压轮可折叠，使机身宽度小于300cm，转移地块方便。

关键词：镇压轮可折叠液压 k型配套使用砂性土壤粘性土壤铸铁环