受迫振动深松机的设计与研究
发布时间：2021-01-08 15:16
长期不合理的耕作方式以及大型农机的使用,导致土壤形成了坚硬的犁底层。深松能够打破犁底层,有效的改善土壤质量。然而,目前深松机的发展受到了一系列阻碍。本文针对目前深松机普遍存在的耕作阻力大、能耗大等问题,基于受迫振动减阻原理设计受迫振动深松机。通过建立―土壤-深松铲‖受力模型,对土壤、深松铲进行受力分析,并利用MATLAB-Simulink仿真振动参数（振频、振幅）对阻力影响,利用三维建模软件Solidworks对受迫振动深松机进行设计建模,利用有限元软件ANSYS对偏心轴进行静力学与模态分析,并通过LS-DYNA模拟土壤切削过程,通过加工样机进行田间试验,对深松效果进行分析。主要研究结果如下:（1）通过建立―土壤-深松铲‖受力模型,对土壤、深松铲进行受力分析,建立了数学模型和MATLAB-Simulink仿真模型,探究振动参数与阻力间的关系,仿真结果表明振动切削有利于减小切削阻力,同时振动频率高、振幅大对减阻有利;（2）基于受迫振动减阻机理设计受迫振动深松机,并利用Solidworks进行整机三维建模;对关键机构（深松机构和偏心机构）进行设计与校核,确保满足设计要求;通过ANSYS仿真...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
犁底层土壤断面
1.1 研究背景土壤是人类生活和农业生产赖以生存的基础。随着工业化进程的推进，出现了耕地面积减少、土地质量变差等一系列问题。目前，城市化使得耕地面积不可能再增加，因此，提高土壤质量成为亟待解决的问题。新疆面积占据国土面积的 1/6，人均耕种面积达 3.1 亩，位列全国首位，解决土壤质量问题新疆首当其冲[1]。自从上世纪 80 年代，我国西北地区耕作方式主要是翻耕、旋耕以及免耕等，长期的浅层耕作导致土壤耕层变薄，农药、化肥等使用加剧环境的污染，影响土壤肥力，大型农机的使用压实了土壤，导致土壤板结，形成了坚硬的犁底层，如图 1-1 所示。犁底层的存在改变了土壤结构，使得土壤耕层减少[2]；耕层的减少限制了作物根系的生长发育空间，坚硬的犁底层阻隔了 O2的供给和 CO2的排放，阻碍作物的新陈代谢，影响作物抗逆性，制约了产量[3]；土壤作物的减少进而影响土壤储水能力以及土壤肥力，形成恶性循环，丧失土壤功能。因此，若要解决土壤质量问题则需要打破坚硬的犁底层。研究表明，通过深松，可以有效打破犁底层[4]，改善土壤物理结构。
（c）法国贝松公司 （d）挪威格兰公司图 1-3 国外振动深松机Fig.1-3 Foreign vibrating subsoilers由于国外作业面积集中，因此采用多行深松机或者大型联合整地机，与之匹配的拖拉机功率可达 360kW。大马力拖拉机的牵引使得深松深度深、作业速度快，而且经过多年发展，具有可靠的稳定性以及能适应各种田间作业。但是，大功率拖拉机的使用，增加了油耗成本，不符合提倡的节约型社会的发展要求。因此，国外的深松机不适合我国直接引进推广，需要结合我国土壤条件以及国情研制出适合我国的适应性强、造价低且节能环保的机型。1.2.2 国内研究现状国内对于深松技术的研究起步较晚，主要研究单位有中国农业大学（原北京农业工程大学）、东北农业大学以及沈阳农业大学等一系列高校和科研院所。上世纪90年代，中国农业大学试制了全方位深松机，能够有效的打破犁底层，但所需牵引阻力较大，通过不断的试验提出了一组最优结构参数，为后续深松机械的发展奠定基础；沈阳农业大学的邱立春[12]于2000年提出一种利用弹性元件来实现降阻的自激振动深松方式，自激振
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二次通用旋转回归试验的振动深松铲参数优化[J]. 李霞,汤明军,王维新,张思远. 江苏农业科学. 2016(08)
[2]振动深松机的研究进展与展望[J]. 汤明军,王维新,李霞,李文春,魏晓玲,黄蒙,戚庆伟. 农机化研究. 2016(04)
[3]受迫振动深松机性能参数优化与试验[J]. 李霞,张东兴,王维新,崔涛,汤明军. 农业工程学报. 2015(21)
[4]仿生深松铲发展现状与展望[J]. 李磊,张荣英,陈海燕. 农机化研究. 2015(02)
[5]1ZQHF-350/5型前后分置悬挂式联合整地机[J]. 赵大勇,李连豪,许春林,张成亮,李向军,李明金. 农业机械学报. 2014(10)
[6]轿车白车身模态分析[J]. 马骊凕,朱智民,安占飞,李伟光,姚宾. 振动与冲击. 2013(21)
[7]木薯块根挖掘作业过程的数值模拟[J]. 杨望,贾丰云,杨坚. 工程力学. 2013(06)
[8]基于ANSYS Workbench的某新型吹雪车车架模态分析[J]. 宋荣. 机械工程与自动化. 2013(03)
[9]基于ANSYS Workbench的V8发动机曲轴有限元模态分析[J]. 吕端,曾东建,于晓洋,张龙平. 机械设计与制造. 2012(08)
[10]深松技术及机具的研究现状与发展分析[J]. 程云湧. 农业科技与装备. 2012(02)
硕士论文
[1]振动深松机的设计与研究[D]. 郭金龙.石河子大学 2016
[2]深松铲减阻技术研究[D]. 张璐.吉林大学 2013
[3]振动深松技术与关键部件研究[D]. 王雪艳.中国农业大学 2005
本文编号：2964824
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
犁底层土壤断面
1.1 研究背景土壤是人类生活和农业生产赖以生存的基础。随着工业化进程的推进，出现了耕地面积减少、土地质量变差等一系列问题。目前，城市化使得耕地面积不可能再增加，因此，提高土壤质量成为亟待解决的问题。新疆面积占据国土面积的 1/6，人均耕种面积达 3.1 亩，位列全国首位，解决土壤质量问题新疆首当其冲[1]。自从上世纪 80 年代，我国西北地区耕作方式主要是翻耕、旋耕以及免耕等，长期的浅层耕作导致土壤耕层变薄，农药、化肥等使用加剧环境的污染，影响土壤肥力，大型农机的使用压实了土壤，导致土壤板结，形成了坚硬的犁底层，如图 1-1 所示。犁底层的存在改变了土壤结构，使得土壤耕层减少[2]；耕层的减少限制了作物根系的生长发育空间，坚硬的犁底层阻隔了 O2的供给和 CO2的排放，阻碍作物的新陈代谢，影响作物抗逆性，制约了产量[3]；土壤作物的减少进而影响土壤储水能力以及土壤肥力，形成恶性循环，丧失土壤功能。因此，若要解决土壤质量问题则需要打破坚硬的犁底层。研究表明，通过深松，可以有效打破犁底层[4]，改善土壤物理结构。
（c）法国贝松公司 （d）挪威格兰公司图 1-3 国外振动深松机Fig.1-3 Foreign vibrating subsoilers由于国外作业面积集中，因此采用多行深松机或者大型联合整地机，与之匹配的拖拉机功率可达 360kW。大马力拖拉机的牵引使得深松深度深、作业速度快，而且经过多年发展，具有可靠的稳定性以及能适应各种田间作业。但是，大功率拖拉机的使用，增加了油耗成本，不符合提倡的节约型社会的发展要求。因此，国外的深松机不适合我国直接引进推广，需要结合我国土壤条件以及国情研制出适合我国的适应性强、造价低且节能环保的机型。1.2.2 国内研究现状国内对于深松技术的研究起步较晚，主要研究单位有中国农业大学（原北京农业工程大学）、东北农业大学以及沈阳农业大学等一系列高校和科研院所。上世纪90年代，中国农业大学试制了全方位深松机，能够有效的打破犁底层，但所需牵引阻力较大，通过不断的试验提出了一组最优结构参数，为后续深松机械的发展奠定基础；沈阳农业大学的邱立春[12]于2000年提出一种利用弹性元件来实现降阻的自激振动深松方式，自激振
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二次通用旋转回归试验的振动深松铲参数优化[J]. 李霞,汤明军,王维新,张思远. 江苏农业科学. 2016(08)
[2]振动深松机的研究进展与展望[J]. 汤明军,王维新,李霞,李文春,魏晓玲,黄蒙,戚庆伟. 农机化研究. 2016(04)
[3]受迫振动深松机性能参数优化与试验[J]. 李霞,张东兴,王维新,崔涛,汤明军. 农业工程学报. 2015(21)
[4]仿生深松铲发展现状与展望[J]. 李磊,张荣英,陈海燕. 农机化研究. 2015(02)
[5]1ZQHF-350/5型前后分置悬挂式联合整地机[J]. 赵大勇,李连豪,许春林,张成亮,李向军,李明金. 农业机械学报. 2014(10)
[6]轿车白车身模态分析[J]. 马骊凕,朱智民,安占飞,李伟光,姚宾. 振动与冲击. 2013(21)
[7]木薯块根挖掘作业过程的数值模拟[J]. 杨望,贾丰云,杨坚. 工程力学. 2013(06)
[8]基于ANSYS Workbench的某新型吹雪车车架模态分析[J]. 宋荣. 机械工程与自动化. 2013(03)
[9]基于ANSYS Workbench的V8发动机曲轴有限元模态分析[J]. 吕端,曾东建,于晓洋,张龙平. 机械设计与制造. 2012(08)
[10]深松技术及机具的研究现状与发展分析[J]. 程云湧. 农业科技与装备. 2012(02)
硕士论文
[1]振动深松机的设计与研究[D]. 郭金龙.石河子大学 2016
[2]深松铲减阻技术研究[D]. 张璐.吉林大学 2013
[3]振动深松技术与关键部件研究[D]. 王雪艳.中国农业大学 2005
本文编号：2964824
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