【摘要】：微耕機具有體積小、移動方便和轉(zhuǎn)彎靈活等優(yōu)點,在丘陵、山地和高原地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。刀輥是微耕機的主要耕作部件,由多把旋耕彎刀組成,耕作時通過刀輥和土壤的相互作用,既實現(xiàn)切土、碎土、翻土、拋土和平土等功能,又由土壤反作用力使機器前進。耕作時,旋耕彎刀直接作用于土壤,其形狀和設(shè)計參數(shù)直接影響微耕機的工作性能和功耗。本研究以刀盤式濕地彎刀為研究對象,根據(jù)旋耕彎刀設(shè)計參數(shù)之間的幾何關(guān)系,建立了其數(shù)學(xué)模型,基于Visual Basic的AutoCAD二次開發(fā)得到了旋耕彎刀的CAD系統(tǒng),并基于該CAD系統(tǒng)研究了部分參數(shù)特性。建立了基于SPH方法的旋耕彎刀切削土壤仿真模型,研究了旋耕彎刀切削土壤過程中土壤粒子的運動、土壤等效應(yīng)力、土壤阻力和旋耕彎刀的功耗等。以彎折點包角(X_1)、阿爾法角(X_2)和彎折角(X_3)為控制因素,功耗(Y)為評價指標,通過田口玄一方法設(shè)計了旋耕彎刀參數(shù)優(yōu)化試驗方案;對試驗結(jié)果進行了方差和回歸分析,繪制了控制因素的響應(yīng)面圖,得到了優(yōu)化后的旋耕彎刀設(shè)計參數(shù);最后通過土槽試驗對仿真結(jié)果的準確性進行了驗證。主要研究結(jié)論如下:(1)基于旋耕彎刀設(shè)計參數(shù)之間的幾何關(guān)系,建立了微耕機用旋耕彎刀數(shù)學(xué)模型,得到了相對應(yīng)的CAD系統(tǒng)。基于該CAD系統(tǒng),設(shè)計了3把具有不同最大回轉(zhuǎn)半徑和不同形狀刃口曲線的旋耕彎刀,研究了CAD系統(tǒng)的準確性,并分析了刃口曲線滑切角、背角和工作耕寬的變化規(guī)律。結(jié)果表明:CAD系統(tǒng)輸出值和計算值(Excel)的平均相對誤差為0.41%;刃口曲線滑切角和背角在較佳取值范圍;滑切角和背角隨著包角的增大而增大,呈近似線性關(guān)系;在其他條件不變的情況下,工作耕寬隨著阿爾法角和彎折角的增大而減小。(2)以3把不同參數(shù)組合的旋耕彎刀為研究對象,結(jié)合旋耕彎刀的工作特點,建立了基于SPH方法的旋耕彎刀切削土壤模型;數(shù)值研究了旋耕彎刀切削土壤過程中土壤粒子的運動規(guī)律、土壤等效應(yīng)力、土壤阻力、切削土壤能耗和功耗等,結(jié)合旋耕彎刀切削土壤實際工況,驗證了基于SPH方法土壤切削模型的合理性;3把旋耕彎刀切削土壤過程中的土壤阻力和功耗由大到小排序為:旋耕彎刀1、旋耕彎刀2和旋耕彎刀3,與基于CAD系統(tǒng)的切土性能分析結(jié)果相吻合。(3)基于X_1、X_2和X_1、X_3關(guān)于旋耕彎刀功耗的響應(yīng)面圖,并結(jié)合旋耕彎刀實際使用工況和加工時設(shè)計參數(shù)的圓整性,優(yōu)化后的旋耕彎刀設(shè)計參數(shù)為:彎折點包角30°、阿爾法角52°和彎折角120°;優(yōu)化后的旋耕彎刀利用SPH模型模擬土壤切削一個循環(huán)的功率為0.161kW,相比于利用回歸方程得到的功率數(shù)值0.154kW相對誤差為4.30%;通過具有代表性的4把旋耕彎刀土槽試驗得到:利用土槽試驗和基于SPH模型得到的功率數(shù)值之間平均相對誤差為11.57%,表明通過SPH方法的土壤切削模型和田口玄一方法進行旋耕彎刀參數(shù)優(yōu)化研究是合理的。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S222

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本文編號：2616051