微耕机刀具的有限元分析及优化

发布时间：2020-11-17 22:17

　　 人类的可持续发展离不开农业,农业是我们的衣食之源,生存之本。我国幅员辽阔,地域复杂多变,发展农业不能生搬硬套,要因地制宜,具体问题要具体分析。北方多平原,平原地区就该大力推行旋耕机械,解放劳动力,提高生产效率;南方则多山多丘陵山地,不宜大型农业机械作业,而因此新型微耕机的出现,可以大大加速农业机械化之路。南方丘陵地区主要使用的微耕机,其最终实现土壤耕作的是旋耕刀,传统的旋耕刀,在使用中容易出现磨损和折断、使用寿命短、使用性能不佳等问题,因此,对微耕机旋耕刀切削土壤的过程进行研究,优化并设计出性能更好的旋耕刀,来提高旋耕机的耕作效率,对提高旋耕刀寿命、降低旋耕机功耗、提高农作物产量、提高经济效益具有很重要的意义。近几年,随着有限元相关理论的不断发展,特别是各种有限元软件的不断开发和完善,在工程问题中的应用越来越广泛,给土壤切削仿真方面的研究有了极大的促进作用。因此,本文主要采用基于有限元思想的分析法,对微耕机旋耕刀切削土壤的过程进行全程的动力学模拟仿真分析,并对旋耕刀几何结构如正切刃、侧切刃等重要参数进行优化设计,主要获得了以下成果:(1)针对性的建立了基于西南地区的土壤数据模型,模拟了微耕机旋耕刀切削土壤的全过程,并对求解的的结果进行后处理分析,并把仿真分析的各数据与旋耕刀在土壤中的实际受力各参数进行对比,验证了仿真结果的可靠性。(2)用回旋线取代过渡圆弧来连接正切刃与侧切刃,并对改进后的旋耕刀过渡刃曲线切削效果进行仿真验证分析,证明优化的可行性。(3)为进一步降低正切面切土阻力,减小刀具的磨损,减小能量损失的,对正切刃面进行优化,优化后的最佳正切刃高度是56mm,能量消耗减小了15%,优化效果比较显著。(4)经过分析得出当刃磨角分别为40°、40°时,既能有效降低磨损的能量损失,又能使刀具保持一定的锋利度,从而是刀具切削的效率进一步提高,又延长了使用寿命。
【学位单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S222
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
    1.1 论文研究的背景和意义
    1.2 国内外主要研究现状及成果
        1.2.1 国外研究进展及成果
        1.2.2 国内研究进展及成果
    1.3 主要研究内容
    1.4 研究方法和技术路线
        1.4.1 研究方法
        1.4.2 技术路线
2.土壤特性分析及本构模型的建立
    2.1 土壤物理特性
    2.2 土壤的力学特性
        2.2.1 土壤的强度构成及影响因素
        2.2.2 土壤特性之弹塑性和流变
        2.2.3 土壤的特性之凝聚、摩擦及粘附
    2.3 土壤本构模型的建立
        2.3.1 SPH算法简介及特点
        2.3.2 SPH的基本原理
        2.3.3 土壤的SPH算法本构模型
    2.4 本章小结
3.微耕机刀具-旋耕刀
    3.1 旋耕刀的主要分类及特点
    3.2 旋耕刀主要结构组成及参数名称
    3.3 微耕机刀具工作性能参数分析
        3.3.1 旋耕刀运动方程
        3.3.2 旋耕刀旋转切削土壤的主要参数
    3.4 本章小结
4.旋耕刀切削工作过程的有限元建模及仿真分析
    4.1 LS-DYNA软件简介
    4.2 刀具仿真模型的建立
        4.2.1 刀具几何模型的建立
        4.2.2 刀具有限元模型的建立
    4.3 工况及边界条件
    4.4 刀具切削仿真结果的分析
        4.4.1 切削土壤过程动态分析
        4.4.2 切削力的提取及分析
        4.4.3 切削能量消耗分析
    4.5 本章小结
5.旋耕刀的优化设计
    5.1 刀刃刃.曲线的设计
        5.1.1 刃.曲线的结构参数设计
        5.1.2 新型刃.线建模及仿真
        5.1.3 优化结果的验证分析及最佳值
    5.2 刀刃截面的优化
        5.2.1 理论参数分析及设计
        5.2.2 新正切刃刀具三维建模和有限元仿真
        5.2.3 优化结果的提取分析及最优解
    5.3 刃磨角的选择
        5.3.1 刃磨角的理论设计
        5.3.2 刃磨角的优化
        5.3.3 有限元建模及仿真结果的分析
    5.4 本章小结
6.总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的科研成果

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 姜涛;张宪;乔欣;章劲;蒋建东;;基于SPH法的土壤切削刀具三维数值模拟及优化[J];机电工程;2009年06期

2 郑孟昆;张国军;黄禹;李明震;;基于SPH的切削力建模与分析[J];机械制造;2012年01期

相关硕士学位论文 前2条

1 郑兴;光滑质点流体动力学（SPH）算法研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

2 覃国良;链式开沟机刀具优化设计及其切削过程的数值模拟[D];华中农业大学;2009年

本文编号：2887985