旱作土壤中旋耕刀失效速率模型及选型优化研究
发布时间：2020-12-15 07:33
可靠性是农业机械选型评价中一项关键指标,而在各类农业机械中,以旋耕作业为特征的土壤耕作机械的可靠性问题尤为突出。旋耕刀是旋耕作业机械的关键部件,它的失效分析是整个旋耕机械可靠性分析的核心。旱作土壤中旋耕刀的失效主要有磨粒磨损和疲劳断裂两种机理,该论文针对此两种机理分别构建了失效速率的理论计算模型,并通过田间试验和系统仿真完成了试验验证。首先,以ZumGahr的二体磨粒磨损机理模型为基础,推导出适合土壤耕作的滑切磨损计算公式;借鉴滑切磨损中塑性变形疲劳理论,结合土壤磨粒在机具表面滚动的情况,给出了滚动造成的塑性变形累积疲劳磨损公式;同时,为明确土壤磨粒整体中滑动与滚动的相对比例,给出了一个简化力学模型并导出了合理的划分条件。模型验证采用了田间试验的方式,以旋耕刀折弯处的宽度为磨损量指标,得到了磨损率与作业面积的关系曲线。对比模型的计算与试验结果,亩均磨损率最大相对误差仅为27%,该模型具有一定的有效性。其次,从疲劳断裂机理出发,引入损伤力学来描述裂纹形成定量规律,引入断裂力学来分析裂纹扩展速率;对比分析了几类裂纹扩展速率计算公式,认为以应力强度因子为自变量的裂纹扩展速率可用于旋耕刀;考虑...
【文章来源】：中国农业大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ZumGah=二体磨损磨粒外形及四类机理示意图
图２－３?土壤磨粒尖角刺入机具表面示意图??率计算Ｄ的计算，Ｚｕｍ?Ｇａｈｒ引用了一个剪切应力因子公式［７７１??（一沿滑切方向平行于平面裂纹平均扩展长度，一般近似等于材料内部缺陷的平符号意义同上文。??式（２－１９）可得??「?ｎ?Ｋ？ＢＸＶ２－ｓｍ６?，—而言，剪切断裂的发生需要使剪切应力大于其极限应力尤所以，极限应力时上＾＾Ｉ?（Ｗｃ?２．６?ｎ??（２－９
旋耕刀在土壤中作业会在多个部位产生磨损效果，比如刀刃宽度、刀身厚度等。根据实际生??产中旋耕刀磨损的观察，选择折弯处的宽度作为磨损量指标比较明确，也容易测量。实际生产中??农机手判断旋耕刀是否需要更换，也是以弯刃剩余的宽度为标准的。图３－１是不同磨损程度下旋??耕刀片的展示。??獲麗??图３－?１旋耕刀使用磨损情况展示??３．２．４?土壤基础参数??土壤基础参数的获取是进行模型计算的前提。本文分别采取田间实测和取样带回的方法，测??量获得了土壤坚实度、含水率、密度、粒径分布、剪切特性等各项参数。其中土壤坚实度的测量??是采用土壤坚实度仪（浙江拓普ＴＪＳＤ－７５０型），土壤含水率的测量是采用已标定好的土壤水分测??试仪（浙江拓普ＴＺＳ型），分别在旋耕作业之前对土壤进行的实测，测试仪器见图３－２。在烟叶??生产中，旋耕是在翻耕之后的第二个环节。翻耕作业是在前一年的秋季，而旋耕作业是在翻耕次??年的春季进行。由于土垡翻转晾晒了数月之久，在耕作层内含水率和土壤坚实度的分布比较一致。??旋耕作业的深度大约在１５ｃｍ，根据田间多点多层测试后的数据显示，可以将每个试点旋耕耕层??内的土壤坚实度和含水率视为均匀值。??其余的理化参数检测是将两合作社服务片区的土壤取样带回，在中国农业大学水利与土木工??程学院土壤检测实验室完成的。密度测量采用了土壤密度计（河北大宏ＴＭ－８５）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Individual aircraft life monitoring: An engineering approach for fatigue damage evaluation[J]. Rui JIAO,Xiaofan HE,Yuhai LI. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(04)
[2]常用疲劳可靠性分析方法概述[J]. 张磊,万一品,宋绪丁. 装备制造技术. 2018(03)
[3]农业机械不可修复配套件可靠性数据分析[J]. 高宗华,党化梅. 农业机械. 2018(03)
[4]基于数学规划法的105团农机配备研究[J]. 周雪,赵永满,王向阳. 新疆农机化. 2018(01)
[5]WC–12Ni硬质涂层在模拟土壤环境中的磨料磨损行为[J]. 赵建杰,吴志立,吴明亮,雷明凯. 湖南农业大学学报(自然科学版). 2018(01)
[6]机械压实对复垦土壤粒径分布多重分形特征的影响[J]. 闵祥宇,李新举,李奇超. 农业工程学报. 2017(20)
[7]基于弹塑性有限元法的拖拉机车轮疲劳寿命预测研究[J]. 王大勇,秦东晨. 中国农机化学报. 2017(10)
[8]基于EDEM仿真与SolidWorks Simulation的凿式深松铲有限元分析[J]. 顿国强,陈海涛,纪文义. 河南农业大学学报. 2017(05)
[9]基于可靠性的田间作业机械最小成本规划配置[J]. 李朋涛,郑志安. 农机化研究. 2017(09)
[10]Probabilistic Analysis and Fatigue Damage Assessment of Offshore Mooring System due to Non-Gaussian Bimodal Tension Processes[J]. CHANG Anteng,LI Huajun,WANG Shuqing,DU Junfeng. Journal of Ocean University of China. 2017(04)
博士论文
[1]机械结构的疲劳寿命预测与可靠性方法研究[D]. 左芳君.电子科技大学 2016
[2]联合收割机底盘可靠性分析与评价方法研究[D]. 张立香.中国农业大学 2014
[3]损伤力学方法预估构件的疲劳裂纹形成寿命[D]. 谭文锋.燕山大学 2009
[4]金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算[D]. 王英玉.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]玉米收获机底盘车架强度分析及疲劳寿命研究[D]. 周林.中国农业机械化科学研究院 2015
[2]基于损伤力学的多轴高周疲劳寿命预测方法研究[D]. 李浩然.燕山大学 2015
[3]旋耕机刀片摩擦磨损特性试验研究[D]. 陶景青.西华大学 2015
[4]土壤力学性能分析及其对45#钢磨损性能的影响[D]. 饶新龙.甘肃农业大学 2014
[5]基于Web的农业机器选型智能决策支持系统的研究[D]. 祝荣欣.东北农业大学 2006
本文编号：2917908
【文章来源】：中国农业大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
ZumGah=二体磨损磨粒外形及四类机理示意图
图２－３?土壤磨粒尖角刺入机具表面示意图??率计算Ｄ的计算，Ｚｕｍ?Ｇａｈｒ引用了一个剪切应力因子公式［７７１??（一沿滑切方向平行于平面裂纹平均扩展长度，一般近似等于材料内部缺陷的平符号意义同上文。??式（２－１９）可得??「?ｎ?Ｋ？ＢＸＶ２－ｓｍ６?，—而言，剪切断裂的发生需要使剪切应力大于其极限应力尤所以，极限应力时上＾＾Ｉ?（Ｗｃ?２．６?ｎ??（２－９
旋耕刀在土壤中作业会在多个部位产生磨损效果，比如刀刃宽度、刀身厚度等。根据实际生??产中旋耕刀磨损的观察，选择折弯处的宽度作为磨损量指标比较明确，也容易测量。实际生产中??农机手判断旋耕刀是否需要更换，也是以弯刃剩余的宽度为标准的。图３－１是不同磨损程度下旋??耕刀片的展示。??獲麗??图３－?１旋耕刀使用磨损情况展示??３．２．４?土壤基础参数??土壤基础参数的获取是进行模型计算的前提。本文分别采取田间实测和取样带回的方法，测??量获得了土壤坚实度、含水率、密度、粒径分布、剪切特性等各项参数。其中土壤坚实度的测量??是采用土壤坚实度仪（浙江拓普ＴＪＳＤ－７５０型），土壤含水率的测量是采用已标定好的土壤水分测??试仪（浙江拓普ＴＺＳ型），分别在旋耕作业之前对土壤进行的实测，测试仪器见图３－２。在烟叶??生产中，旋耕是在翻耕之后的第二个环节。翻耕作业是在前一年的秋季，而旋耕作业是在翻耕次??年的春季进行。由于土垡翻转晾晒了数月之久，在耕作层内含水率和土壤坚实度的分布比较一致。??旋耕作业的深度大约在１５ｃｍ，根据田间多点多层测试后的数据显示，可以将每个试点旋耕耕层??内的土壤坚实度和含水率视为均匀值。??其余的理化参数检测是将两合作社服务片区的土壤取样带回，在中国农业大学水利与土木工??程学院土壤检测实验室完成的。密度测量采用了土壤密度计（河北大宏ＴＭ－８５）
【参考文献】：
期刊论文
[1]Individual aircraft life monitoring: An engineering approach for fatigue damage evaluation[J]. Rui JIAO,Xiaofan HE,Yuhai LI. Chinese Journal of Aeronautics. 2018(04)
[2]常用疲劳可靠性分析方法概述[J]. 张磊,万一品,宋绪丁. 装备制造技术. 2018(03)
[3]农业机械不可修复配套件可靠性数据分析[J]. 高宗华,党化梅. 农业机械. 2018(03)
[4]基于数学规划法的105团农机配备研究[J]. 周雪,赵永满,王向阳. 新疆农机化. 2018(01)
[5]WC–12Ni硬质涂层在模拟土壤环境中的磨料磨损行为[J]. 赵建杰,吴志立,吴明亮,雷明凯. 湖南农业大学学报(自然科学版). 2018(01)
[6]机械压实对复垦土壤粒径分布多重分形特征的影响[J]. 闵祥宇,李新举,李奇超. 农业工程学报. 2017(20)
[7]基于弹塑性有限元法的拖拉机车轮疲劳寿命预测研究[J]. 王大勇,秦东晨. 中国农机化学报. 2017(10)
[8]基于EDEM仿真与SolidWorks Simulation的凿式深松铲有限元分析[J]. 顿国强,陈海涛,纪文义. 河南农业大学学报. 2017(05)
[9]基于可靠性的田间作业机械最小成本规划配置[J]. 李朋涛,郑志安. 农机化研究. 2017(09)
[10]Probabilistic Analysis and Fatigue Damage Assessment of Offshore Mooring System due to Non-Gaussian Bimodal Tension Processes[J]. CHANG Anteng,LI Huajun,WANG Shuqing,DU Junfeng. Journal of Ocean University of China. 2017(04)
博士论文
[1]机械结构的疲劳寿命预测与可靠性方法研究[D]. 左芳君.电子科技大学 2016
[2]联合收割机底盘可靠性分析与评价方法研究[D]. 张立香.中国农业大学 2014
[3]损伤力学方法预估构件的疲劳裂纹形成寿命[D]. 谭文锋.燕山大学 2009
[4]金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算[D]. 王英玉.南京航空航天大学 2005
硕士论文
[1]玉米收获机底盘车架强度分析及疲劳寿命研究[D]. 周林.中国农业机械化科学研究院 2015
[2]基于损伤力学的多轴高周疲劳寿命预测方法研究[D]. 李浩然.燕山大学 2015
[3]旋耕机刀片摩擦磨损特性试验研究[D]. 陶景青.西华大学 2015
[4]土壤力学性能分析及其对45#钢磨损性能的影响[D]. 饶新龙.甘肃农业大学 2014
[5]基于Web的农业机器选型智能决策支持系统的研究[D]. 祝荣欣.东北农业大学 2006
本文编号：2917908
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