仿形旋耕刀优化设计与试验研究

发布时间：2020-05-31 19:47

【摘要】：旋耕作业是农业机械化发展的核心技术之一,旋耕作业的效果、效率、能耗直接决定着我国农业机具技术的应用与普及。在我国广大的北方地区尤其是平原地带需要大量的旋耕作业机具或者是具有旋耕作业工序的联合作业机具。针对当前我国常用旋耕弯刀存在能耗偏高、作业效果欠佳的问题,进一步研制能耗少、作业效果更佳的刀具。这对于旋耕作业机具的发展具有重要的推广意义与农业经济意义,为此本文主要从仿生学的角度利用现代仿生技术对普通旋耕弯刀进行结构改形、设计与优化。河蟹鳌足优异的土壤开挖性能及其切削特性成为仿形旋耕刀结构设计的蓝本。通过观察发现河蟹鳌足主要是通过动作钳上的锯齿辅以静止钳上的锯齿相互作用,来满足对土壤的挖掘以及切削。仿形旋耕刀的作业机理与传统旋耕刀具作业有所不同,主要通过对土壤的切割、粉碎来达到翻耕的效果。仿形旋耕刀刃口齿形结构的设计可以减少对土壤颗粒的压紧,降低土壤的均布致密度,从而减少与刀具之间的摩擦力,降低刀面磨损,提高刀具的使用寿命,为种子生长发育创造良好的环境。本文通过对河蟹鳌足动作钳上主要的齿形进行了轮廓曲线提取并对其结构进行优化分析选择出最适用于旋耕弯刀刃口齿形加工的曲线。齿形曲线方程为y=(0.03766/(0.11282*sqrt(PI/2)))*exp(-2*((x+0.07006)/0.11282)^2)基于Solidworks平台建立仿形旋耕刀仿真模型,并在虚拟环境下实现了仿形旋耕刀与刀辊的装配。借助于Ansys强大的静力学分析功能我们对原型旋耕刀与仿形旋耕刀不同刃口面工作的三个状态分别进行了应力、变形对比分析。在分析过程中我们得出以下结论:不论是何种刀型、何种受力状态,刀具的刀柄连接处总是应力最为集中的部位,刀具的最大变形处总是发生在刀具的末端部位。刀具处于侧切刃切削状态时,仿形旋耕刀最大应力比原型旋耕刀减少了30.6%、变形减少了11.8%。刀具处于全切刃切削状态时,仿形旋耕刀最大应力比原型旋耕刀减少19.0%、变形减少了28.3%。刀具处于正切刃切削状态时,仿形旋耕刀最大应力比原型旋耕刀减少了15.9%、变形减少了34.8%。仿形旋耕刀的设计使得作业过程中应力变形情况得到了很好的改善,从而提高了刀具的结构稳定性与使用寿命。通过对土壤模型的材料定义,分析了仿形旋耕刀与原型旋耕刀在入土最深处的作业情况。结果发现:土壤承受的最大应力降低了98%,土壤变形趋近为0,仿形旋耕刀在作业时几乎不挤压土壤。利用加工制造的仿形旋耕刀与原型旋耕刀开展田间作业效果对比试验。试验结果发现:仿形旋耕刀与原型旋耕刀相比在作业耕深上提高了2.6%,在碎土率上提高了2.3%,在耕后植被覆盖率上提高了2.4%,在耕后土壤平整度上提高了26.7%,从作业指标上来看仿形旋耕刀作业效果得到了较好的改善。本文对仿形旋耕刀与原型旋耕刀开展作业对比性能的同时一并进行了磨损试验对比试验。试验结果发现:仿形旋耕刀磨损质量与原型旋耕刀相比减少了18%,仿形旋耕刀的磨损主要发生在齿顶与刃口面。综上判定仿形旋耕刀的开发设计对于减少能耗,提高作业效果有很好的研究与实用价值。
【图文】：

结构图,结构图,螃蟹

本采集螃蟹随机抽取公母螃蟹各二十只。生物样品采集来源为江苏地样本上采集下来的鳌足放入 95%浓度的酒精中保存[26]，实验时酮溶液清洗干燥处理并做成观察样本，放在低倍显微镜下观足的形体分析五对足其中四对小足和一对鳌足,但其具有的切割破土功能主他四对小足主要是起辅助碎土支撑的作用。鳌足共分为两部分如图 2-1、2-2 所示，动作钳与静止钳上分别有若干齿，呈齿静止钳之间有良好的啮合性，顶端处呈尖角小圆角过渡。鳌足干小凹孔杂乱分布于整个鳌足面。在鳌足面上能够观察到有若动作钳

结构图,结构图,齿尖角,齿形

图 2-2 动作钳结构图Fig.2-2 Action clamp structure diagram足的齿角分析鳌足动作钳上的齿形较小肉眼分辨难度较大,通过软件分析将矢量图进行放大如图 2-3，分别对每一个齿形进行直线近似化到 8 号）。测量出每个齿形的齿尖角分别为 83o,84o,72o,57o,49o-31o,-14o,-28o，齿背角分别为 72o，62o,72o。其中齿尖角(Φ)+齿0o[27]。根据研究[28],当楔入速度很低时,当楔角(齿尖角)大于 5压紧的土壤块，，而被压紧致密的土壤块就增加了刀具的切割动。因此分析可知鳌足的 5,6,7 号齿形曲线可以用来作为旋耕刀依据。
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S222.3

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