一种耕走分离式微耕机的设计研究

发布时间：2020-11-13 01:44

　　 微耕机是广泛用于山区、水田、茶园、果园及大棚等农业耕作的小型农业机械,具有结构简单、重量轻、体积小、成本低等优点,微耕机在减轻人力劳动、提高农作效率等方面发挥了非常重要的作用。随着小型农机的发展,设计研究一种经济环保、操作性强、劳动负担小的电动微耕机具有重大意义。一种耕走分离式微耕机既有微耕机灵活轻便的优点,同时采用电机驱动,达到经济环保的目的,远程控制可减轻劳动负担,具有广阔的应用前景。本文研究的主要内容有以下几个部分:(1)提出了一种耕走分离式微耕机的结构和传动方案。对其主要传动机构曲柄滑块机构进行运动和受力分析,以及对微耕机进行三维建模及运动仿真,观察微耕机的运动情况,验证了其结构和传动方案的可行性;分析犁耕刀具的受力情况和功耗情况;与传统微耕机进行仿真对比,耕走分离式微耕机在相同工作条件下可获得更大的耕力。(2)运用SPH算法的基本理论,结合ANSYS中MAT_FHWA_SOIL材料,使用LS-DYNA和LS-PREPOST软件进行了土壤切削数值模拟,观察土壤切削仿真过程,根据SPH土壤粒子运动情况,以及刀具受力情况,对比理论分析,验证了数值模拟的合理性;并且进行了不同工况下的土壤切削数值模拟,观察一定工况条件下犁耕刀的受力、受扭矩,系统功耗等情况,为微耕机的电机匹配提供了一定依据。(3)设计、装配了耕走分离式微耕机模型机。根据数值模拟的相关数据,估算出模型机所需电机的功率,匹配了电池、电源、减速器等硬件设备;同时对模型机进行整机布局,对非标准件进行二维零件图绘制及加工,完成了模型机的零部件的购买、加工和装配制作。(4)对模型机进行试验和分析。根据地方微耕机作业质量标准,选取了平均耕深、耕深变异系数以及碎土率作为模型机的实验项目,试验表明,耕走分离式微耕机模型机符合作业质量标准。在与现有两款微耕机进行对比时,发现模型机使用成本较低,具有良好的经济效益。
【学位单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S222
【部分图文】：

（c） （d）图 1.1 几种大型农业机械小型农业机械种类繁多，其中最常见的小型耕作机器是微耕机，微耕机有结构简单、重量轻、体积小、成本低的优点，而且微耕机对各类地形有广泛适应性，不论平原还是山区，水田还是旱地，都能够发挥极大的作用，与此同时，微耕机配上相应机具，可实现抽水、发电、灌溉等作业，也可匹配挂车用于短途运输，微耕机在减轻人力劳动、提高农作效率等方面发挥了非常重要的作用[3]，市场上微耕机通常按功率划分，尽管微耕机的动力匹配较大型机械来说算是小功率，但根据作业环境、作业对象、所需功能的不同，微耕机的分类也有所不同。例如只具有单一功能的微耕机可匹配较小 4KW 以下功率的内燃机，使用起来更加方便，具有较高的灵活性，也更易控制；而多功能的微耕机，可匹配不同机具达到不同作业目的，通常匹配的动力机都在 4KW 以上，由于多功能机的作业丰富性，因此成为需求主流，其市场销售量达到 73 万台，占比为 91%。近年来，由于国家对农业的大力支持，在农机购置补贴的政策推动下，鼓励个体农户购买并使用小

1.2.2 国内发展历程与国外的发展历程相似，建国之初，我国农业机械开始起步，最主要的农业机械是拖拉机，大部分的农业作业，都是有拖拉机悬挂或连接相应作业机具进行作业。1955~1965 年间，我国从拖拉机工业空白，到仿制、改进国外拖拉机，达到能够制造出近 30kW 的拖拉机的能力，大大增强了我国的农业能力和农作效率[14-15]。1965~1980 年，我国进行了自行研究设计拖拉机和系列产品的开发，全国各地的拖拉机厂百花齐放，制造生产的拖拉机主要以中、大型为主。20 世纪 80 年代以前，田间耕作主要由人畜力完成，80 年代后，适逢我国农村体制改革和调整，虽然我国中、大型拖拉机技术日趋成熟，但其需求逐步降低，微小型农业机械的研究逐渐兴起，开发出了适用于旱地的手扶拖拉犁耕机组、旋耕机组，如图 1.3 所示，为山东潍坊拖拉机厂生产的小型拖拉机，但手扶式拖拉机自身重量较大，在水田中进行拖拉机作业会导致机车轮下陷，降低工作效率，故适宜水田耕作的机耕船应运而生，如图 1.4 所示，为湖北虹发机耕船[16]。

1.2.2 国内发展历程与国外的发展历程相似，建国之初，我国农业机械开始起步，最主要的农业机械是拖拉机，大部分的农业作业，都是有拖拉机悬挂或连接相应作业机具进行作业。1955~1965 年间，我国从拖拉机工业空白，到仿制、改进国外拖拉机，达到能够制造出近 30kW 的拖拉机的能力，大大增强了我国的农业能力和农作效率[14-15]。1965~1980 年，我国进行了自行研究设计拖拉机和系列产品的开发，全国各地的拖拉机厂百花齐放，制造生产的拖拉机主要以中、大型为主。20 世纪 80 年代以前，田间耕作主要由人畜力完成，80 年代后，适逢我国农村体制改革和调整，虽然我国中、大型拖拉机技术日趋成熟，但其需求逐步降低，微小型农业机械的研究逐渐兴起，开发出了适用于旱地的手扶拖拉犁耕机组、旋耕机组，如图 1.3 所示，为山东潍坊拖拉机厂生产的小型拖拉机，但手扶式拖拉机自身重量较大，在水田中进行拖拉机作业会导致机车轮下陷，降低工作效率，故适宜水田耕作的机耕船应运而生，如图 1.4 所示，为湖北虹发机耕船[16]。
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本文编号：2881548