振动深松减阻机理及作业参数在线监测研究

发布时间：2016-11-22 16:57

土壤深松是指通过使用深松器具,消除舉底层使土壤得疏松,并减少土壤扰动的一种新型土壤耕作方法。根据土壤耕作历史和坏境不同,土壤的舉底层深度也有所不同,通常基地层在土壤下15cm左右,準底层厚度5-15cm,因此,为了能够彻底打破舉底层疏松土壤,深松过程中要使得深松深度达到30-40cm,即可保证消除改善土壤的屏障(高焕文等,1995)。深松的好处有很多,比如可以使得深松后的农田土壤总体容重降低,土壤颗粒之间的空隙加大,很好的提高了土壤透气性能;土壤耕作层毛细血管增加,从而提高了水分、营养的输送能力,很好的恢复了土壤肥力(杨建等,2005,张海林等,2005,张瑞富等,2015,郑洪兵等,2015)。深松相对于传统的翻耕对土壤表层的扰动比较小,即深松后地块基本上仍旧保持着农田作物收获后的稻轩覆盖状态,有稻杆覆盖可以大大降低水分流失和土壤风化问题。使用土壤深松技术取代原来耕作方式,可有效的改善土壤蓄水能力,使得深松后的土壤能够充分接收天然降水,自身形成天然蓄水水库,缓解旱区农业水资源缺乏问题。

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第二章振动式深松机单因素土槽试验研究

2.1深松过程受力分析

省力不省功的说法在振动减阻上早已流传已久,但是并未见深度研究(郭志军等,2011)。目前,从加入振动的方向可以将振动减阻分为两类:一类是振动方向与机具前进方向同向,以M.Spekor为代表,在分析过程中用线段分段近似方法,得出送种振动方式减阻机理,即根据土壤弹塑性力学控制深松机具的振动,使其处于土壤的弹塑性变形区,从而使其消耗的阻力小于塑性变形所需的最大阻力但已经实现了塑性变形,但送种振动方法的缺点也很明显,即采用这种方法所能减小的耕作阻力十分有限,减少的阻力主要位于工作部件前方,而其他方面的并未涉及(李博等,2015);—类研究集中认为当深松机具附加的振动方向于机具前进方向相互垂直,此类研究以Eggenmuller为代表,他用力学分析方法把振动切削直观的分为提升和切削两个阶段,在这两个阶段中,阻力分解为垂直方向和水平方向,两者的水平方向阻力均远远小于不加入振动时的水平阻力,从而很好的解释了振动深松减阻的机理,但垂直方向以及其他因素并未考虑(下为民等,2005),(殷涌光等,1994)。本文研究采用振动方向垂直于机具前进方向的振动方式,下面分析下这种方式减阻机理。

2.2振动式深松机土槽试验研究

试验中使用的振动式深松机结构如图2-3所示,由图可见主要包含限深轮、深松护、机架、激振器、支架、三点悬挂、动力轴和杜杆式支架等组成。其工作原理可以描述为偏心轴扛杆摇摆机构,其动力由拖拉机动力输出轴提供,经由传动轴送至偏心轴输入端,偏必轴以角速度C0旋转并带动轴壳上下运动,挂接在轴壳上的化杆式支架以轴销为支点做小角度摆动,固定在杠杆式支架上的深松护随之振动、疏松土壤。不同的拖拉机动力输出轴转速不同,偏心轴的角速度?均可以由下式求得,其中n为拖拉机的动力输出轴转速,单位r/min。

第三章振动深松机运动特性分析与仿真研究....21

3.1振动深松运动特性分析....21
3.2基于UG的振动式深松机运动仿真试验研究....30
第四章深松机土壤切削过程的有限元仿真研究....38
4.1土壤的力学性质分析....38
4.2深松铲土壤切削过程的有限元仿真试验研究....38
4.3本章小结....38
第五章振动式深松机在线监测系统设计与试验....38
5.1设计目的和内容....38
5.2在线监测系统硬件设计......38

第六章振动式深松机田间试验研究

6.1试验目的和内容

通过巿交旋组合试验设计,寻求影响振动减阻各因素的最佳配比,并据此改造试深松机,对比实验分析机具配置是否合理,部件性能是否满足实际深松需耍。深松机工作过程中,在线胳测作业参数,并将其传送至远程监控中必,用以从农化农艺结合角度
分析减阻。

6.2材料和方法

为了进一步验证优化后的振动式深松机减阻和深松效果,对普通振动式深松机和优化后的深松机进行了对比试验,振动频率12Hz,机具前进速度0.75m/s,耕作深度40cm。设定优化后深松机的工作参数:振动角度,振动幅值8mm,普通振动式深松机工作参数:振动角度-5°,振动幅值10mm。非振动式深松过程中平均耕作阻力为5.5kN,经测量土壤深松前的密度为1.61g/cm3、坚实度为812kPa和含水量为19.2%,试验结果如表6-7所示

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第七章结论与建议

为了分析振动式深松机在耕作中深松与土壤之间的相互作用关系,深入研究深松机具作业过程中的牵引阻力、能量消耗以及提升作业性能,开展了振动式深松机的工作机理研究,使用UG、ANSYS/LS-DYNA等相关软件,建立振动式深松机动力学模型和切削土壤的三维有限元模型,并对主要参数进行了研究。基于五项测力原理,搭建了振动式深松机监控系统,选取机具的前进速度、振动振幅和振动角三个主要因素进行二元二次回归正交旋转组合试验。研究的主要内容如下:(1)通过对振动深松碎土机理及减阻试验研究,得出:振动和非振动方式下的深松护土壤切削时的阻力都随着机具前进速度的増加而增加,其关系非线性;振动式深松过程的切削阻力随着深松护振动频率的增加而减小,在振动频率为12Hz附近达谷底,随后又随着振动频率的増加而増加;振动式深松过程的切削阻力总体小于非振动式深松过程,但振动式深松过程的总功率消耗大于非振动式深松过程的总功率消耗。

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参考文献（略）

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本文编号：186204