耕作阻力大、功耗高已成為旋耕整地機的關(guān)鍵問題,統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),旋耕機約90%的阻力來自于其關(guān)鍵部件——旋耕刀。因此,本文基于力學(xué)切削模型,設(shè)計一種楔形減阻旋耕刀（也稱楔形旋耕刀）,并探究其減阻降耗的微觀機理;采用Abaques軟件檢驗其強度;通過仿真試驗對楔形減阻旋耕刀進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,確定其最優(yōu)工作參數(shù);通過田間試驗對仿真試驗進(jìn)行驗證。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:（1）楔形減阻旋耕刀結(jié)構(gòu)設(shè)計。基于切削力學(xué)模型設(shè)計一種楔形減阻旋耕刀,分析了國標(biāo)旋耕刀與楔形減阻旋耕刀切削部（正切刃與側(cè)切刃）任一截面受力,得出楔形減阻旋耕刀切削阻力小于國標(biāo)旋耕刀;基于理論分析,初步確定楔形減阻旋耕刀折彎角、正切面高度及折彎半徑分別為120°、50 mm與30 mm,并建立其功耗模型。（2）靜力學(xué)強度分析。采用HyperMesh-Abaqus軟件對國標(biāo)旋耕刀和楔形減阻旋耕刀進(jìn)行靜態(tài)仿真。結(jié)果表明:國標(biāo)旋耕刀最大應(yīng)力為348.7 MPa,楔形減阻旋耕刀最大應(yīng)力為308.8 MPa,2種旋耕刀（材料為60Si2Mn）最大應(yīng)力均在刀具材料的屈服強度1000 MPa以下。（3）動力學(xué)分析,仿真優(yōu)化旋耕刀。選用Drucker-Pr... 

【文章來源】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

沒有剪切應(yīng)力存在，隨后，試驗土樣會受到試驗儀器傳力部件所施加的軸向壓力 σ1，如圖2-1（2）所示。所取土樣所受到的剪切應(yīng)力 σ1-σ3，隨著軸向壓力 σ1的增大，所受剪切力會增大，故而遭受破壞。如圖 2-1（3）所示，為土樣所受剪切應(yīng)力（主應(yīng)力差）σ1-σ3與軸向應(yīng)變 ε 之間關(guān)系圖。依據(jù)試驗要求，施加大小不同的正壓力進(jìn)行測驗，每組測驗選取 3 個土樣，可取得相應(yīng)的應(yīng)力圓。如圖 2-1（4）所示，畫出每組應(yīng)力圓與它們之間公切線，依據(jù)莫爾強度理論可知，公切線與 y 軸相交的交點即是土壤內(nèi)聚力，其與應(yīng)力圓之間的傾斜角即為土壤內(nèi)摩擦角。（1）四周正壓力 （2）破壞時應(yīng)力（1）Confining pressure （2）Failure stress（3）主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變 （4）剪切強度（3）Principal stress difference and axial strain （4）Shear strength圖 2-1 測量試驗原理Fig.2-1 Principle of measurement test（3）測量試驗操作步驟首先進(jìn)行土樣制備

圖 2-2 含水率為 12 %左右應(yīng)力應(yīng)變圖 圖 2-3 含水率為 17 %左右應(yīng)力應(yīng)變圖Fig.2-2 12 % Moisture content stress-strain diagram Fig.2-3 17 % Moisture content stress-strain diagram據(jù)圖 2-2、2-3 可知，數(shù)據(jù)在軸向應(yīng)變?yōu)?10 %后基本保持穩(wěn)定，不會出現(xiàn)較明顯的波動，所以取 10 %應(yīng)變處為試驗點，土樣試驗點最大剪切應(yīng)力如表 2-4 所示。表 2-3 兩種含水率土樣在不同正壓力下的剪切力Table.2-3 Shear stress under different normal pressures正壓/kPa含水率 12% 含水率 17%剪應(yīng)力/kPa100 401.02 260.32150 510.41 290.03200 590.23 320.21依據(jù)三軸剪切測量試驗結(jié)果，繪制不同含水率的土樣的應(yīng)力圓與其相應(yīng)的公切線如圖 2-4 與 2-5 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于CEL法的土壤切削過程模擬[J]. 鄧?yán)?向立明,王書賢,賈得順.  筑路機械與施工機械化. 2018(12)
[2]保護(hù)性耕作破茬碎土刀設(shè)計與試驗[J]. 趙淑紅,王加一,楊超,陳佳奇,楊悅乾.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2019(09)
[3]碳氮共滲對60Si2Mn旋耕刀組織和性能的影響[J]. 趙程,陳云帥.  熱加工工藝. 2018(12)
[4]旋耕刀三向工作阻力試驗及作業(yè)參數(shù)優(yōu)化[J]. 熊平原,楊洲,孫志全,朱卿創(chuàng),朱正波,谷峣.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2017(19)
[5]基于SPH/FEM耦合算法的土壤切削仿真與研究[J]. 劉亞超,王秀山,馮敏,張合虎.  農(nóng)機化研究. 2017(07)
[6]基于ANSYS/LS——DYNA的旋耕刀強度和功耗研究[J]. 劉謙文,楊有剛.  中國農(nóng)機化學(xué)報. 2017(06)
[7]基于SPH算法的立式旋耕刀土壤切削仿真模擬[J]. 韓煜杰,李云伍,趙華慧,陳浩,劉得雄.  西南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2016(12)
[8]基于離散元深松土壤模型的折線破土刃深松鏟研究[J]. 鄭侃,何進(jìn),李洪文,刁培松,王慶杰,趙宏波.  農(nóng)業(yè)機械學(xué)報. 2016(09)
[9]基于Abaqus的旋耕刀有限元分析[J]. 周姜,王春,蘇宇翔.  農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備. 2016(02)
[10]耕整地機械的應(yīng)用及發(fā)展研究[J]. 韓宏宇,沈亮,彭君峰,程建波,王楠,韓喜軍.  農(nóng)機使用與維修. 2016(01)

博士論文
[1]果園開溝施肥機開溝刀片理論與試驗研究[D]. 康建明.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院 2017
[2]土壤/推土板界面粘附系統(tǒng)的數(shù)值模擬[D]. 李因武.吉林大學(xué) 2005

碩士論文
[1]微耕機用旋耕彎刀設(shè)計、優(yōu)化及切土性能研究[D]. 李守太.西南大學(xué) 2018
[2]馬鈴薯耦合仿生挖掘及其減阻研究[D]. 李曉鵬.西華大學(xué) 2018
[3]微耕機作業(yè)性能測試及評價研究[D]. 徐梓翔.重慶理工大學(xué) 2018
[4]基于VB的橫軸式旋耕機械土壤旋耕機理參數(shù)化設(shè)計與運動學(xué)仿真系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 季雪瑞.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[5]微耕機刀具的有限元分析及優(yōu)化[D]. 康松林.重慶理工大學(xué) 2015
[6]基于擴展有限元法和離散元法的土壤—耕具接觸研究[D]. 楊菊.昆明理工大學(xué) 2014
[7]微耕機刀輥切土動力學(xué)建模及仿真[D]. 彭彬.西南大學(xué) 2014
[8]雙軸立式螺旋開溝機工作部件切土性能研究[D]. 周波.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2012
[9]基于土壤動力學(xué)的弧形深松鏟數(shù)字化設(shè)計[D]. 袁軍.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 2012
[10]基于SPH算法的微耕機旋耕刀有限元仿真與優(yōu)化[D]. 朱留憲.西南大學(xué) 2012



本文編號：3139050