基于显式动力学的灭茬刀作业过程仿真分析与参数优化
发布时间：2021-08-27 04:21
目前对于灭茬刀结构的优化多采用静力学分析的方法,而刀具与土壤和根茬的作作物根茬还田是根茬综合利用最直接的形式,玉米根茬还田效果直接影响下季作物的播种,而灭茬刀辊直接影响着灭茬效果。现有灭茬刀辊的碎茬效果不佳、功耗较大。本文设计出一种双轴式灭茬机,通过二次灭茬可显著改善灭茬效果,同时通过结构参数优化实现刀具轻量化和减阻降耗。通过理论分析确定双轴式灭茬机关键部件的结构尺寸、刀具数目及刀具排布。其功能是:首先,通过接近地表高速旋转的一次灭茬刀辊,切断根茬、切削土壤,即进行一次灭茬;其次,把经过一次切断的根茬送到后上方的二次灭茬刀辊处,对未完全粉碎的根茬进一步粉碎;然后均匀抛洒向田间,最后的镇压滚筒完成土壤的镇压与平整。两次深度灭茬的设计效率高,粉碎效果好,充分提高了土地的肥效。灭茬刀作为灭茬刀辊作业重要的执行部件,其结构参数会严重影响切削力和刀具质量,从而影响灭茬机的作业功耗。用过程属于动态过程,所以模拟刀具的作业过程存在较大误差。为更加真实有效模拟灭茬机作业过程,采用有限元软件ANSYS中的显动力学模块（LS-DYNA）,对刀具与土壤和根茬的相互作用进行研究.通过作业过程的力学特性分析,验...
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焚烧秸秆带来的空气污染Fig.1-1Airpollutioncausedbyburningstraw
自走型玉米收获机等[23-29]。当前国外只是针对秸秆还田机具的研制，而且多数是与收割机械配套使用，因此需要和较大功率的拖拉机配套使用。并未见单独的灭茬作业机具及刀具的研究，只有在免耕播种机上安装的粉碎根茬部件，如美国KINZE公司研制的KINZE3000型播种机的开沟、灭茬机构。
图 1-3 国内常用秸秆还田机具Fig.1-3 Commonly used straw returning machine in China灭茬刀具随着灭茬机具的发展而发展 。研制了 旋转灭茬 、 振动灭茬 、对行灭茬、复合灭茬等新的原理和机具。对刀的设计经历了从旋耕刀、砍切刀、直刃切茬刀到曲刃切茬刀的改进过程，刀的切茬性能不断发展，阻力和功耗明显降低。旋耕刀具有较好的切土、碎土、抛土性能，但切茬性能较弱。直刃切茬刀采用砍切为主，滑切为辅的切削方式，由于制造简单而得到广泛应用，但刀具入土时有冲击载荷，功耗较大。吴子岳等研究了非等长刀切碎模型，实现了上层多切，下层少切[34]。愧长安等研究了玉米根茬破碎还田装置中的直刀、旋耕刀、月牙刀的破茬机理，验证了月牙刀滑切破茬具有土壤扰动小、功耗低、破碎能力强的特点。权龙哲等做了“基于 TRIZ 理论的玉米根茬收获系统设计”的研究，研究了根茬铲挖与脱土过程的“物理场模型”[35]，确定了切割与推送相结合的根茬产挖模式，以及压力场、振动场和重力场相协同的根茬脱土模式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS/LS-DYNA的螺旋刀辊土壤切削有限元模拟[J]. 夏俊芳,贺小伟,余水生,周勇. 农业工程学报. 2013(10)
[2]基于TRIZ理论的玉米根茬收获系统设计[J]. 权龙哲,曾百功,马云海,佟金,陈东辉. 农业工程学报. 2012(23)
[3]玉米根茬收获机设计与试验(英文)[J]. 马旭,陈学深,齐龙,陈国锐,赖奕璋. 农业机械学报. 2011(S1)
[4]基于ADAMS的粉碎辊锤爪不同排列的振动性能[J]. 王刚,姬江涛,李彬,金鑫. 农机化研究. 2010(08)
[5]1GSZ-350型灭茬旋耕联合整地机的设计与试验[J]. 张欣悦,李连豪,汪春,赵大勇. 农业工程学报. 2009(05)
[6]推进作物秸秆综合利用的六点建议[J]. 王延宏,张立才. 农机质量与监督. 2009(01)
[7]免耕播种机玉米根茬处理装置作业功耗试验研究[J]. 龚丽农,高焕文,蒋金琳. 农业工程学报. 2008(07)
[8]基于ANSYS微型旋耕机旋耕弯刀的应力仿真[J]. 葛云,吴雪飞,王磊,宋海堂. 石河子大学学报(自然科学版). 2007(05)
[9]免耕播种机玉米根茬处理装置破茬性能试验[J]. 蒋金琳,高焕文,龚丽农. 农业机械学报. 2007(09)
[10]农作物秸秆资源利用浅析[J]. 管小冬. 农业工程学报. 2006(S1)
博士论文
[1]秸秆切割破碎与揉切机刀片耐用性试验研究[D]. 孟海波.中国农业大学 2005
硕士论文
[1]基于ADAMS秸秆粉碎破茬联合作业机关键工作部件设计研究[D]. 王刚.河南科技大学 2010
[2]仿生智能整地机通用刀辊设计与试验研究[D]. 韩伟峰.吉林大学 2008
[3]农作物秸秆综合利用机械化技术推广研究[D]. 相俊红.中国农业大学 2005
本文编号：3365637
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
焚烧秸秆带来的空气污染Fig.1-1Airpollutioncausedbyburningstraw
自走型玉米收获机等[23-29]。当前国外只是针对秸秆还田机具的研制，而且多数是与收割机械配套使用，因此需要和较大功率的拖拉机配套使用。并未见单独的灭茬作业机具及刀具的研究，只有在免耕播种机上安装的粉碎根茬部件，如美国KINZE公司研制的KINZE3000型播种机的开沟、灭茬机构。
图 1-3 国内常用秸秆还田机具Fig.1-3 Commonly used straw returning machine in China灭茬刀具随着灭茬机具的发展而发展 。研制了 旋转灭茬 、 振动灭茬 、对行灭茬、复合灭茬等新的原理和机具。对刀的设计经历了从旋耕刀、砍切刀、直刃切茬刀到曲刃切茬刀的改进过程，刀的切茬性能不断发展，阻力和功耗明显降低。旋耕刀具有较好的切土、碎土、抛土性能，但切茬性能较弱。直刃切茬刀采用砍切为主，滑切为辅的切削方式，由于制造简单而得到广泛应用，但刀具入土时有冲击载荷，功耗较大。吴子岳等研究了非等长刀切碎模型，实现了上层多切，下层少切[34]。愧长安等研究了玉米根茬破碎还田装置中的直刀、旋耕刀、月牙刀的破茬机理，验证了月牙刀滑切破茬具有土壤扰动小、功耗低、破碎能力强的特点。权龙哲等做了“基于 TRIZ 理论的玉米根茬收获系统设计”的研究，研究了根茬铲挖与脱土过程的“物理场模型”[35]，确定了切割与推送相结合的根茬产挖模式，以及压力场、振动场和重力场相协同的根茬脱土模式。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS/LS-DYNA的螺旋刀辊土壤切削有限元模拟[J]. 夏俊芳,贺小伟,余水生,周勇. 农业工程学报. 2013(10)
[2]基于TRIZ理论的玉米根茬收获系统设计[J]. 权龙哲,曾百功,马云海,佟金,陈东辉. 农业工程学报. 2012(23)
[3]玉米根茬收获机设计与试验(英文)[J]. 马旭,陈学深,齐龙,陈国锐,赖奕璋. 农业机械学报. 2011(S1)
[4]基于ADAMS的粉碎辊锤爪不同排列的振动性能[J]. 王刚,姬江涛,李彬,金鑫. 农机化研究. 2010(08)
[5]1GSZ-350型灭茬旋耕联合整地机的设计与试验[J]. 张欣悦,李连豪,汪春,赵大勇. 农业工程学报. 2009(05)
[6]推进作物秸秆综合利用的六点建议[J]. 王延宏,张立才. 农机质量与监督. 2009(01)
[7]免耕播种机玉米根茬处理装置作业功耗试验研究[J]. 龚丽农,高焕文,蒋金琳. 农业工程学报. 2008(07)
[8]基于ANSYS微型旋耕机旋耕弯刀的应力仿真[J]. 葛云,吴雪飞,王磊,宋海堂. 石河子大学学报(自然科学版). 2007(05)
[9]免耕播种机玉米根茬处理装置破茬性能试验[J]. 蒋金琳,高焕文,龚丽农. 农业机械学报. 2007(09)
[10]农作物秸秆资源利用浅析[J]. 管小冬. 农业工程学报. 2006(S1)
博士论文
[1]秸秆切割破碎与揉切机刀片耐用性试验研究[D]. 孟海波.中国农业大学 2005
硕士论文
[1]基于ADAMS秸秆粉碎破茬联合作业机关键工作部件设计研究[D]. 王刚.河南科技大学 2010
[2]仿生智能整地机通用刀辊设计与试验研究[D]. 韩伟峰.吉林大学 2008
[3]农作物秸秆综合利用机械化技术推广研究[D]. 相俊红.中国农业大学 2005
本文编号：3365637
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