高速翻转犁的比阻模型构建与犁体曲面优化设计

发布时间：2020-10-30 13:37

　　 新疆各区域土壤性质不同,农作物种植方式也有较大差异,针对各种土壤条件而进行的犁地作业有待深入研究。为了实现高效化作业,高速翻转犁获得了大量应用。对于现代农业来说,约有七成的田间作业消耗是花费在了犁地项目上。然而,高速犁体目前主要依靠进口,犁体的国产化在作业质量、工作效率、可靠性等方面仍存在较大不足。所以,有必要对犁体耕作阻力进行研究和分析,通过改变犁体结构的方式让其阻力可以减小,使犁体性能得到提升,提升农作效率。本文在进行研究和分析的时候,主要分为二部分:选择以南疆地区土壤为研究范围,研究在此背景下犁体的受力情况,通过使用数字化土槽,试验铧式单犁体的受力情况。通过分析和研究犁地时犁体的受力情况,建立耕作时的犁体比阻模型;分析影响犁体耕作阻力的关键参数,从而明确关键性参数。本文利用土槽实验室进行犁体耕作试验,研究犁耕牵引阻力在不同影响因素下的影响效果,对土壤含水率、土壤坚实度和土壤黏附力和犁体耕作阻力之间的关系进行总结,并对犁体耕作的阻力回归方程进行计算。通过使用回归方程,对参数进行优化。分别试验在土壤湿度为10%~25%,在耕深为20cm,耕速为5~12km/h,土壤坚实度为200~230N/cm~2,土壤黏附力1.5~2.5N的条件下进行,采用正交试验的方式确定最佳参数。本文在进行正交试验的时候,首先进行了3因素3水平试验,在分析9组试验结果的时候,使用的是MATLAB分析和研究体受力因素的显著性,从而获得不同因素的显著性水平;其次,本文对犁体曲面受力试验进行研究和分析,测出犁体在土壤湿度、坚实度及黏附力下的受力情况。在分析犁体曲面受力分布情况的时候,使用的是ANSYS软件,并以此为基础构建了模型,从而对犁体工作性能的改善方案进行总结,降低在土壤中的阻力。本文研究内容显示:(1)利用显著性试验进行分析,明确土壤湿度小于25%的时,土壤黏附力、不同坚实度、土壤湿度对犁体扭矩和力的影响作用,通过对不同力的大小、方差进行对比,验证了当土壤含水率在17%时,犁耕阻力最小。(2)通过上述显著性试验,测得新疆南疆地区土壤的土壤坚实度范围为195~240N/cm~2,测得在该条件下的犁体阻力随着坚实度的增加而增变大。在耕深不超过20cm范围内,土壤坚实度为220N/cm~2时,犁体的阻力最小,且稳定。(3)利用ANSYS软件对犁体曲面受力分析,获取应力应变分布图,在此基础上,完成对犁体曲面最大受力处的确定,为犁铲尖和犁壁处,并且可以明确此处的应力高度集中,当6km/h为时速,20cm为耕深的时候,犁体曲面的最大应力为95.848Mpa。(4)构建了比阻的二次响应曲面回归方程,以20cm为耕深、6km/h为耕速为基础,以25cm为犁体高度、37~°为起土角、84~°为推土角作为参数,构建了犁体曲面的结构,2.85N/cm~2为耕作比阻优化结果,和数值分析结果,该耕作比阻可以让阻力减小8.96%~22.7%,这样的结构参数属于较适宜条件。综上所述,如果犁地深度相同,则可以通过对土壤条件控制的方式让犁体耕作效率进行优化,从而使能源得到节约,让能源消耗减少,此外,还可以以受力情况为基础优化犁体曲面,使耕作时犁体曲面的受力降低,以提高犁体耕作效率。
【学位单位】：塔里木大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S222.1
【部分图文】：

数字化土槽

塔里木大学硕士学位论文第2章南疆土壤条件分析及高速犁比阻模型构建试验研究9图2-1数字化土槽2.2.3试验设备本文使用的数字化土槽由两部分构成，数字化操作平台第一个部分，土槽是第二个部分。本文使用的土槽实验室由塔里木大学提供，表2-1所示的是技术参数，图2-2所示的是试验操作平台整体示意。表2-1数字化土槽技术参数牵引电机功率小于75kw轮距8000mm液压系统额定压力大于16kpa牵引行车速度0-10km/h图2-2土槽行车控制平台示意图

试验高速犁体
【参考文献】

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本文编号：2862545