【摘要】：旋耕作業(yè)是農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的核心技術(shù)之一,旋耕作業(yè)的效果、效率、能耗直接決定著我國農(nóng)業(yè)機具技術(shù)的應(yīng)用與普及。在我國廣大的北方地區(qū)尤其是平原地帶需要大量的旋耕作業(yè)機具或者是具有旋耕作業(yè)工序的聯(lián)合作業(yè)機具。針對當(dāng)前我國常用旋耕彎刀存在能耗偏高、作業(yè)效果欠佳的問題,進一步研制能耗少、作業(yè)效果更佳的刀具。這對于旋耕作業(yè)機具的發(fā)展具有重要的推廣意義與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟意義,為此本文主要從仿生學(xué)的角度利用現(xiàn)代仿生技術(shù)對普通旋耕彎刀進行結(jié)構(gòu)改形、設(shè)計與優(yōu)化。河蟹鰲足優(yōu)異的土壤開挖性能及其切削特性成為仿形旋耕刀結(jié)構(gòu)設(shè)計的藍本。通過觀察發(fā)現(xiàn)河蟹鰲足主要是通過動作鉗上的鋸齒輔以靜止鉗上的鋸齒相互作用,來滿足對土壤的挖掘以及切削。仿形旋耕刀的作業(yè)機理與傳統(tǒng)旋耕刀具作業(yè)有所不同,主要通過對土壤的切割、粉碎來達到翻耕的效果。仿形旋耕刀刃口齒形結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以減少對土壤顆粒的壓緊,降低土壤的均布致密度,從而減少與刀具之間的摩擦力,降低刀面磨損,提高刀具的使用壽命,為種子生長發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境。本文通過對河蟹鰲足動作鉗上主要的齒形進行了輪廓曲線提取并對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析選擇出最適用于旋耕彎刀刃口齒形加工的曲線。齒形曲線方程為y=(0.03766/(0.11282*sqrt(PI/2)))*exp(-2*((x+0.07006)/0.11282)^2)基于Solidworks平臺建立仿形旋耕刀仿真模型,并在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)了仿形旋耕刀與刀輥的裝配。借助于Ansys強大的靜力學(xué)分析功能我們對原型旋耕刀與仿形旋耕刀不同刃口面工作的三個狀態(tài)分別進行了應(yīng)力、變形對比分析。在分析過程中我們得出以下結(jié)論:不論是何種刀型、何種受力狀態(tài),刀具的刀柄連接處總是應(yīng)力最為集中的部位,刀具的最大變形處總是發(fā)生在刀具的末端部位。刀具處于側(cè)切刃切削狀態(tài)時,仿形旋耕刀最大應(yīng)力比原型旋耕刀減少了30.6%、變形減少了11.8%。刀具處于全切刃切削狀態(tài)時,仿形旋耕刀最大應(yīng)力比原型旋耕刀減少19.0%、變形減少了28.3%。刀具處于正切刃切削狀態(tài)時,仿形旋耕刀最大應(yīng)力比原型旋耕刀減少了15.9%、變形減少了34.8%。仿形旋耕刀的設(shè)計使得作業(yè)過程中應(yīng)力變形情況得到了很好的改善,從而提高了刀具的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與使用壽命。通過對土壤模型的材料定義,分析了仿形旋耕刀與原型旋耕刀在入土最深處的作業(yè)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn):土壤承受的最大應(yīng)力降低了98%,土壤變形趨近為0,仿形旋耕刀在作業(yè)時幾乎不擠壓土壤。利用加工制造的仿形旋耕刀與原型旋耕刀開展田間作業(yè)效果對比試驗。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):仿形旋耕刀與原型旋耕刀相比在作業(yè)耕深上提高了2.6%,在碎土率上提高了2.3%,在耕后植被覆蓋率上提高了2.4%,在耕后土壤平整度上提高了26.7%,從作業(yè)指標(biāo)上來看仿形旋耕刀作業(yè)效果得到了較好的改善。本文對仿形旋耕刀與原型旋耕刀開展作業(yè)對比性能的同時一并進行了磨損試驗對比試驗。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):仿形旋耕刀磨損質(zhì)量與原型旋耕刀相比減少了18%,仿形旋耕刀的磨損主要發(fā)生在齒頂與刃口面。綜上判定仿形旋耕刀的開發(fā)設(shè)計對于減少能耗,提高作業(yè)效果有很好的研究與實用價值。
【圖文】：

本采集螃蟹隨機抽取公母螃蟹各二十只。生物樣品采集來源為江蘇地樣本上采集下來的鰲足放入 95%濃度的酒精中保存[26]，實驗時酮溶液清洗干燥處理并做成觀察樣本，放在低倍顯微鏡下觀足的形體分析五對足其中四對小足和一對鰲足,但其具有的切割破土功能主他四對小足主要是起輔助碎土支撐的作用。鰲足共分為兩部分如圖 2-1、2-2 所示，動作鉗與靜止鉗上分別有若干齒，呈齒靜止鉗之間有良好的嚙合性，頂端處呈尖角小圓角過渡。鰲足干小凹孔雜亂分布于整個鰲足面。在鰲足面上能夠觀察到有若動作鉗

圖 2-2 動作鉗結(jié)構(gòu)圖Fig.2-2 Action clamp structure diagram足的齒角分析鰲足動作鉗上的齒形較小肉眼分辨難度較大,通過軟件分析將矢量圖進行放大如圖 2-3，分別對每一個齒形進行直線近似化到 8 號）。測量出每個齒形的齒尖角分別為 83o,84o,72o,57o,49o-31o,-14o,-28o，齒背角分別為 72o，62o,72o。其中齒尖角(Φ)+齒0o[27]。根據(jù)研究[28],當(dāng)楔入速度很低時,當(dāng)楔角(齒尖角)大于 5壓緊的土壤塊，，而被壓緊致密的土壤塊就增加了刀具的切割動。因此分析可知鰲足的 5,6,7 號齒形曲線可以用來作為旋耕刀依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S222.3

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本文編號：2690373