微耕机宽型水田轮作业过程的仿真试验研究

发布时间：2020-08-11 23:10

【摘要】：微耕机被广泛应用于南方小面积水田作业中,而宽型水田轮(简称宽轮)是前耕后驱型微耕机的重要工作部件,其除具有驱动微耕机前进作用之外,还具有碾压碎土和搅动混土的作用。目前,国内外学者已采用物理试验和力学分析方法对一般的微耕机水田轮进行了较多的研究,但是由于缺乏对宽轮的作业机理、工作性能影响因素的研究和结构参数的优化,导致宽轮的作业性能不高。因此,采用物理试验和仿真试验相结合的方法,研究宽轮的作业机理,优化其结构参数,对提高其工作效率和作业质量,具有重要的意义。本文采用光滑粒子流体动力学方法及二次回归正交旋转试验设计方法,通过建立土壤-宽轮系统动力学仿真模型及多因素耦合数学模型,研究宽轮作业机理,及各影响因素(宽轮直径、轮叶宽、轮叶倾角、轮叶折角、轮叶数)与其性能指标(平均前进速度、搅混度、滑转率)之间的影响规律和机理,并运用MATLAB工具箱的fmincon函数对各影响因素进行优化,得到较优的宽轮结构参数。结果表明,建立的土壤-宽轮系统动力学仿真模型精度较高,宽轮的结构参数对平均前进速度、搅混度、滑转率的影响较大。结构参数的较优组合为：直径451mm、轮叶宽65mm、轮叶倾角65°、轮叶折角30°、轮叶数9个。在较优组合条件下,仿真试验得,平均前进速度为542.200 mm/s,搅混度为42.692%,滑转率为26.017%。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S222
【图文】：

逦微耕化巧型水田轮作化巧程的巧真试歐巧巧逡逑质，亦是±壤参数的两项重要指标。试验测定方法：直剪试验法；试验设备：应变控制逡逑式直剪仪，如图２－１所示。逡逑ｉ歔ＩＩ．’ＩＩ，＂ＩＩＩＩＩＩＩ－逡逑图２－１应变控制式直葬仪逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｔｒａｉ打邋ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ邋ｄｉｒｅｃｔ邋ｓｈｅａｒ邋ａｐｐａｒａｔｕｓ逡逑每层±壤取４个±样，分别按照２５ｋＰａ、５０ｋＰａ、７５ｋＰａ、ｌＯＯｋＰａ的垂直压为依次逡逑加载，在不同法向压力下，止壤剪切面上施加不同的水平剪力，剪切±样。试验通过剪逡逑切位移Ｚ来判断±样是否被剪坏，剪切位移达到４００邋ｍｍ时，认为±样被剪坏，得对应逡逑法向压力下止样被剪坏时的剪应力ｒ。按式２－３、２－４计算止壤的剪应力：逡逑Ｌ邋二邋２Ｑｘｎ邋—邋Ｒ逦（２－３）逡逑式中，Ｌ一剪切位移，０．０１邋ｍｍ；逡逑手轮转数；逡逑Ｒ一量力环中测微表读数，０．０１邋ｍｍ。逡逑Ｔ邋二邋Ｃ、ｘＲ逦口－４）逡逑式中，ｒ—止壤剪应力，ｋＰａ；逡逑Ｃ

２．４邋±壤硬度逡逑±壤的硬度指±壤抵抗外力压实和破碎的能力，是止壤的一项基本性质。试验使用逡逑图２－２所示的ＴＹＤ－１型指针式硬度计测量王壤的硬度，根据文献［３１巧力／与插入±壤逡逑深度Ａ的关系（如式２－８所示）和硬度公与插入±壤深度Ａ的关系（如式２－９所示），逡逑得到每一层插入主壤的深度Ａ和所需的力／，如表２－４所示。逡逑廔垂皆Ｉ逦Ｉ逡逑图２－２硬度计锥头逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｈａｒｄｎｅｓｓ邋ｔｅｓｔｅｒ邋ｃｏｎｅ邋ｈｅａｄ逡逑／（；！）＝邋１６２．９６－３．２１邋ｈ逦（２－８）逡逑公（／ｚ）邋＝邋２１０３．９０ｅ－Ｄ邋ｉｗ逦（２－９）逡逑表２－４上壤硬度－插入深度－硬度计受力逡逑逦Ｔａｂ．２－４邋Ｄ－ｈ－ｆ逦逡逑±胃逦硬度逦皮入±壤深度逦硬度计受力逡逑？Ｄ／Ｎ’ｃｍ—２逦ｈｉｍｍ逦ｊＭ逡逑第一层逦４．２４逦４４．３４逦２０．６３逡逑第二层逦１６．６７逦３４．５６逦逦逡逑１０逡逑

本文采用文献［３２］中所建立的止壤硬度测试系统动为学仿真模型来反求止壤的弹性逡逑模量。逡逑该仿真模型建模过程是；将图２－２中的硬度计的工作部分建成刚性圆锥体（直径为逡逑２４邋ｍｍ，高为３６邋ｍｍ），邋±壤采用阳Ｍ和ＳＰＨy�合的方法进行建模，因模型具有对称性，逡逑仅建立锥头的１／４模型，之后关于对称面添加对称，得到完整的硬度计锥头模型，如图逡逑２－３ａ所示。模型的动力学仿真模拟过程如图２－３ｂ所示。逡逑；；哪抵十锥头一逦写霄逡逑脚仿真模型逦炸）仿真模拟过程逡逑图２－３硬度测试系统动力学仿真模型逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｄｙｎａｍｉｃ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｈａｒｄｎｅｓｓ邋ｔｉｅｓｔｉｎｇ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑该仿真模型的反求原理是：不断改变弹性模量Ｅ的值，使得仿真模型中锥头的插入逡逑深度和所受的力与表２－４中的数据对应时的弹性模量，即�

本文编号：2789686