楔形减阻旋耕刀优化设计与试验
发布时间：2021-04-15 09:15
耕作阻力大、功耗高已成为旋耕整地机的关键问题,统计发现,旋耕机约90%的阻力来自于其关键部件——旋耕刀。因此,本文基于力学切削模型,设计一种楔形减阻旋耕刀（也称楔形旋耕刀）,并探究其减阻降耗的微观机理;采用Abaques软件检验其强度;通过仿真试验对楔形减阻旋耕刀进行结构优化,确定其最优工作参数;通过田间试验对仿真试验进行验证。主要研究内容与结论如下:（1）楔形减阻旋耕刀结构设计。基于切削力学模型设计一种楔形减阻旋耕刀,分析了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀切削部（正切刃与侧切刃）任一截面受力,得出楔形减阻旋耕刀切削阻力小于国标旋耕刀;基于理论分析,初步确定楔形减阻旋耕刀折弯角、正切面高度及折弯半径分别为120°、50 mm与30 mm,并建立其功耗模型。（2）静力学强度分析。采用HyperMesh-Abaqus软件对国标旋耕刀和楔形减阻旋耕刀进行静态仿真。结果表明:国标旋耕刀最大应力为348.7 MPa,楔形减阻旋耕刀最大应力为308.8 MPa,2种旋耕刀（材料为60Si2Mn）最大应力均在刀具材料的屈服强度1000 MPa以下。（3）动力学分析,仿真优化旋耕刀。选用Drucker-Pr...
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
没有剪切应力存在，随后，试验土样会受到试验仪器传力部件所施加的轴向压力 σ1，如图2-1（2）所示。所取土样所受到的剪切应力 σ1-σ3，随着轴向压力 σ1的增大，所受剪切力会增大，故而遭受破坏。如图 2-1（3）所示，为土样所受剪切应力（主应力差）σ1-σ3与轴向应变 ε 之间关系图。依据试验要求，施加大小不同的正压力进行测验，每组测验选取 3 个土样，可取得相应的应力圆。如图 2-1（4）所示，画出每组应力圆与它们之间公切线，依据莫尔强度理论可知，公切线与 y 轴相交的交点即是土壤内聚力，其与应力圆之间的倾斜角即为土壤内摩擦角。（1）四周正压力 （2）破坏时应力（1）Confining pressure （2）Failure stress（3）主应力差与轴向应变 （4）剪切强度（3）Principal stress difference and axial strain （4）Shear strength图 2-1 测量试验原理Fig.2-1 Principle of measurement test（3）测量试验操作步骤首先进行土样制备
图 2-2 含水率为 12 %左右应力应变图 图 2-3 含水率为 17 %左右应力应变图Fig.2-2 12 % Moisture content stress-strain diagram Fig.2-3 17 % Moisture content stress-strain diagram据图 2-2、2-3 可知，数据在轴向应变为 10 %后基本保持稳定，不会出现较明显的波动，所以取 10 %应变处为试验点，土样试验点最大剪切应力如表 2-4 所示。表 2-3 两种含水率土样在不同正压力下的剪切力Table.2-3 Shear stress under different normal pressures正压/kPa含水率 12% 含水率 17%剪应力/kPa100 401.02 260.32150 510.41 290.03200 590.23 320.21依据三轴剪切测量试验结果，绘制不同含水率的土样的应力圆与其相应的公切线如图 2-4 与 2-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEL法的土壤切削过程模拟[J]. 邓利军,向立明,王书贤,贾得顺. 筑路机械与施工机械化. 2018(12)
[2]保护性耕作破茬碎土刀设计与试验[J]. 赵淑红,王加一,杨超,陈佳奇,杨悦乾. 农业机械学报. 2019(09)
[3]碳氮共渗对60Si2Mn旋耕刀组织和性能的影响[J]. 赵程,陈云帅. 热加工工艺. 2018(12)
[4]旋耕刀三向工作阻力试验及作业参数优化[J]. 熊平原,杨洲,孙志全,朱卿创,朱正波,谷峣. 农业工程学报. 2017(19)
[5]基于SPH/FEM耦合算法的土壤切削仿真与研究[J]. 刘亚超,王秀山,冯敏,张合虎. 农机化研究. 2017(07)
[6]基于ANSYS/LS——DYNA的旋耕刀强度和功耗研究[J]. 刘谦文,杨有刚. 中国农机化学报. 2017(06)
[7]基于SPH算法的立式旋耕刀土壤切削仿真模拟[J]. 韩煜杰,李云伍,赵华慧,陈浩,刘得雄. 西南大学学报(自然科学版). 2016(12)
[8]基于离散元深松土壤模型的折线破土刃深松铲研究[J]. 郑侃,何进,李洪文,刁培松,王庆杰,赵宏波. 农业机械学报. 2016(09)
[9]基于Abaqus的旋耕刀有限元分析[J]. 周姜,王春,苏宇翔. 农业开发与装备. 2016(02)
[10]耕整地机械的应用及发展研究[J]. 韩宏宇,沈亮,彭君峰,程建波,王楠,韩喜军. 农机使用与维修. 2016(01)
博士论文
[1]果园开沟施肥机开沟刀片理论与试验研究[D]. 康建明.中国农业机械化科学研究院 2017
[2]土壤/推土板界面粘附系统的数值模拟[D]. 李因武.吉林大学 2005
硕士论文
[1]微耕机用旋耕弯刀设计、优化及切土性能研究[D]. 李守太.西南大学 2018
[2]马铃薯耦合仿生挖掘及其减阻研究[D]. 李晓鹏.西华大学 2018
[3]微耕机作业性能测试及评价研究[D]. 徐梓翔.重庆理工大学 2018
[4]基于VB的横轴式旋耕机械土壤旋耕机理参数化设计与运动学仿真系统的设计[D]. 季雪瑞.山西农业大学 2016
[5]微耕机刀具的有限元分析及优化[D]. 康松林.重庆理工大学 2015
[6]基于扩展有限元法和离散元法的土壤—耕具接触研究[D]. 杨菊.昆明理工大学 2014
[7]微耕机刀辊切土动力学建模及仿真[D]. 彭彬.西南大学 2014
[8]双轴立式螺旋开沟机工作部件切土性能研究[D]. 周波.华中农业大学 2012
[9]基于土壤动力学的弧形深松铲数字化设计[D]. 袁军.吉林农业大学 2012
[10]基于SPH算法的微耕机旋耕刀有限元仿真与优化[D]. 朱留宪.西南大学 2012
本文编号：3139050
【文章来源】：河北农业大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
没有剪切应力存在，随后，试验土样会受到试验仪器传力部件所施加的轴向压力 σ1，如图2-1（2）所示。所取土样所受到的剪切应力 σ1-σ3，随着轴向压力 σ1的增大，所受剪切力会增大，故而遭受破坏。如图 2-1（3）所示，为土样所受剪切应力（主应力差）σ1-σ3与轴向应变 ε 之间关系图。依据试验要求，施加大小不同的正压力进行测验，每组测验选取 3 个土样，可取得相应的应力圆。如图 2-1（4）所示，画出每组应力圆与它们之间公切线，依据莫尔强度理论可知，公切线与 y 轴相交的交点即是土壤内聚力，其与应力圆之间的倾斜角即为土壤内摩擦角。（1）四周正压力 （2）破坏时应力（1）Confining pressure （2）Failure stress（3）主应力差与轴向应变 （4）剪切强度（3）Principal stress difference and axial strain （4）Shear strength图 2-1 测量试验原理Fig.2-1 Principle of measurement test（3）测量试验操作步骤首先进行土样制备
图 2-2 含水率为 12 %左右应力应变图 图 2-3 含水率为 17 %左右应力应变图Fig.2-2 12 % Moisture content stress-strain diagram Fig.2-3 17 % Moisture content stress-strain diagram据图 2-2、2-3 可知，数据在轴向应变为 10 %后基本保持稳定，不会出现较明显的波动，所以取 10 %应变处为试验点，土样试验点最大剪切应力如表 2-4 所示。表 2-3 两种含水率土样在不同正压力下的剪切力Table.2-3 Shear stress under different normal pressures正压/kPa含水率 12% 含水率 17%剪应力/kPa100 401.02 260.32150 510.41 290.03200 590.23 320.21依据三轴剪切测量试验结果，绘制不同含水率的土样的应力圆与其相应的公切线如图 2-4 与 2-5 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CEL法的土壤切削过程模拟[J]. 邓利军,向立明,王书贤,贾得顺. 筑路机械与施工机械化. 2018(12)
[2]保护性耕作破茬碎土刀设计与试验[J]. 赵淑红,王加一,杨超,陈佳奇,杨悦乾. 农业机械学报. 2019(09)
[3]碳氮共渗对60Si2Mn旋耕刀组织和性能的影响[J]. 赵程,陈云帅. 热加工工艺. 2018(12)
[4]旋耕刀三向工作阻力试验及作业参数优化[J]. 熊平原,杨洲,孙志全,朱卿创,朱正波,谷峣. 农业工程学报. 2017(19)
[5]基于SPH/FEM耦合算法的土壤切削仿真与研究[J]. 刘亚超,王秀山,冯敏,张合虎. 农机化研究. 2017(07)
[6]基于ANSYS/LS——DYNA的旋耕刀强度和功耗研究[J]. 刘谦文,杨有刚. 中国农机化学报. 2017(06)
[7]基于SPH算法的立式旋耕刀土壤切削仿真模拟[J]. 韩煜杰,李云伍,赵华慧,陈浩,刘得雄. 西南大学学报(自然科学版). 2016(12)
[8]基于离散元深松土壤模型的折线破土刃深松铲研究[J]. 郑侃,何进,李洪文,刁培松,王庆杰,赵宏波. 农业机械学报. 2016(09)
[9]基于Abaqus的旋耕刀有限元分析[J]. 周姜,王春,苏宇翔. 农业开发与装备. 2016(02)
[10]耕整地机械的应用及发展研究[J]. 韩宏宇,沈亮,彭君峰,程建波,王楠,韩喜军. 农机使用与维修. 2016(01)
博士论文
[1]果园开沟施肥机开沟刀片理论与试验研究[D]. 康建明.中国农业机械化科学研究院 2017
[2]土壤/推土板界面粘附系统的数值模拟[D]. 李因武.吉林大学 2005
硕士论文
[1]微耕机用旋耕弯刀设计、优化及切土性能研究[D]. 李守太.西南大学 2018
[2]马铃薯耦合仿生挖掘及其减阻研究[D]. 李晓鹏.西华大学 2018
[3]微耕机作业性能测试及评价研究[D]. 徐梓翔.重庆理工大学 2018
[4]基于VB的横轴式旋耕机械土壤旋耕机理参数化设计与运动学仿真系统的设计[D]. 季雪瑞.山西农业大学 2016
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[7]微耕机刀辊切土动力学建模及仿真[D]. 彭彬.西南大学 2014
[8]双轴立式螺旋开沟机工作部件切土性能研究[D]. 周波.华中农业大学 2012
[9]基于土壤动力学的弧形深松铲数字化设计[D]. 袁军.吉林农业大学 2012
[10]基于SPH算法的微耕机旋耕刀有限元仿真与优化[D]. 朱留宪.西南大学 2012
本文编号：3139050
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