基于数值模拟的深松铲耕作阻力研究

发布时间：2020-04-28 06:49

【摘要】：深松技术作为保护性耕作的一项重要内容,已经被广泛应用到农业生产中。生产实践表明,目前大部分深松机具均存在耕作阻力大、耗能严重的问题。随着深松整地作业面积的逐年增长,这一问题已经严重影响了深松技术的推广。为研究深松铲的不同工作参数对耕作阻力的影响,本文根据要求研制了一台深松试验装置,解决了耕作阻力的测试问题,采用模拟仿真与田间试验的方法进行研究,主要研究内容及结论如下:利用SolidWorks软件对试验装置进行三维建模,通过ANSYS Workbench对其关键部件进行有限元分析,具体包括静力学分析、模态分析、结构优化分析等,确保试验装置能承受预计的牵引阻力,满足田间试验的要求。利用ANSYS/LS-DYNA软件对不同工作参数下的深松铲切削土壤的耕作过程进行动力学仿真模拟,综合对比水平与竖直方向上的耕作阻力的平均值,结果表明,在浅层低速(即工作速度为1.8km/h~2.7km/h,耕作深度为250mm~300mm)深松时,深松铲的耕作阻力增长较快;在深层高速(即工作速度为2.7km/h~3.6km/h,耕作深度为300mm~350mm)深松时,深松铲的耕作阻力增长较慢。借助EDEM软件建立不同入土角度的深松铲切削土壤的离散元模型,从深松作业的微观角度探究深松铲与土壤的相互作用机理,初步判断得出:入土角为30°时耕作阻力相对较小。为验证仿真分析结果,利用试验装置进行田间试验。通过三因素三水平正交试验分析,获得影响耕作阻力的主次因素为:B(耕作深度)影响最大,其次为A(工作速度),影响最小的是C(入土角度);水平阻力最优水平为:B1A1C2,即最小工作参数组合为耕作深度为250mm、工作速度为1.8km/h、入土角度为30°。将有限元模拟仿真结果与田间试验结果进行了对比分析得出,虽然仿真数值均小于田间试验数值,但是两者的变化趋势基本一致,有限元分析法与田间试验的结果基本吻合,进一步验证了有限元法与田间试验相结合的可行性和可靠性。本文综合模拟仿真与田间试验的结果,确定影响耕作阻力的各个因素及其影响效果,为减小深松铲的耕作阻力、优化工作参数、提高工作效率和降低能耗提供决策依据。
【图文】：

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图 2-1 试验装置Fig.2-1 Test device图 2-2 试验装置的结构图Fig.2-2 Structure diagram of test device1.下悬挂 2.机架 3.上悬挂 4.斜拉板 5.推拉力数显仪表6.铲柄 7.测力支架 8.推拉力传感器 9.导筒 10.深松铲 11.铲座

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7图 2-2 试验装置的结构图Fig.2-2 Structure diagram of test device如图 2-2 所示，牵引部件位于机架的前部，，主要由上、下悬挂及斜拉板组成；测力部件通过测力支架、导筒及力传感器的连接安装在机架的后横梁上；深度及角度调节部件依靠铲柄与导筒之间的配合安装在机架的后部。1.下悬挂 2.机架 3.上悬挂 4.斜拉板 5.推拉力数显仪表6.铲柄 7.测力支架 8.推拉力传感器 9.导筒 10.深松铲 11.铲座
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S222

【参考文献】