基于螳螂前足結構特征的仿生切茬刀片設計
發(fā)布時間：2021-06-07 10:08
在中國北方地區(qū)，農民習慣把殘留在地表的作物根茬挖掘出來并就地焚燒，這種根茬處理方式不但費時費力，而且嚴重污染環(huán)境。因此，研究設計一種簡單高效的根茬切割工具不僅能夠提高農業(yè)生產的作業(yè)效率也滿足了保護生態(tài)環(huán)境方面的需求。本文基于對螳螂前足結構特征的研究，設計了幾種仿生切茬刀片，并利用有限元建模方法和實際試驗測量來分析其切茬性能。長期以來，土壤耕作作為農業(yè)工程領域中的熱點，一直備受專家學者的關注。實質上，任何一個耕種的操作過程都可以視為工件切削和粉碎土壤的過程，而耕作阻力的大小主要取決于耕作部件的形狀、土壤質地與作業(yè)方式。在實際研究中，幾乎所有用于田間作業(yè)的土壤切削工具的設計和改良都是依靠大量的田間試驗經反復摸索得到的。解決合理化建模的問題即可減少甚至取代繁瑣耗時、花費高昂的田間試驗。而有限元分析方法在建模分析這一方面展現出了顯著的優(yōu)勢，只要能夠選擇出一個合適的本構關系來描述土壤材料，并對某一耕作工具的形狀和非線性接觸關系建立計算機模型，就可以對該耕作部件的作業(yè)過程進行動態(tài)仿真模擬。本工作建立了一個計算機預測模型，通過有限元分析方法計算分析旋耕作業(yè)中常用的切土部件—L型直刀的工作阻力。將旋轉...
【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：148 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
旋耕刀、圓犁刀和L型直刀
圖 1.3 旋耕刀、圓犁刀和 L 型直刀旋耕刀、圓犁刀，雖然能起到一定的除茬作用，但其除茬率較低，功耗稍大；而 型碎茬刀主要是依靠高速旋轉以打擊粉碎根茬為主要方式，切割為輔助形式，因此刀刃的鋒利程度并無太高要求[28]，目前國內的除茬作業(yè)普遍采用這種單面刀刃的 L碎茬刀。刀具多由厚 6~7mm 的 65 Mn 鋼制成，刀輥轉速多為 380r/min 或以上，轉速低會對作業(yè)質量造成不利影響。圓盤耙與圓盤犁的形狀近似，是一個凹面的圓盤。在工作中，圓盤與前進方向呈定角度滾動，圓盤前進時，前沿的刃口切入土壤，后方的凹面會帶著土垡朝著后上向運動，并令土垡破碎翻轉。圓盤部件的刃口切割能力強，在多草根的土中不容易堆堵塞。并且由于圓盤是滾動前進，受到的阻力較小。缺點是圓盤的重量比較大，便做成懸掛式。圖 1.4 為兩種常見的圓盤形式[26,27]。
圖 1.5 缺口圓盤刀的根茬切斷原理1.3有限元方法在農業(yè)生產上的應用有限元方法是一項功能非常強大的數值技術，可用來解決諸多領域內復雜的工程問題，如汽車車身的結構設計[29-32]、齒輪傳動的接觸分析[33-35]、土木工程中的變形問題[36-39]，甚至于生物體的力學行為與醫(yī)學方面的分析[40,47]。有限元方法提供了一種處理復雜事物相關聯問題的可能性，這種求解的可能性是一般解析方法無法實現的[48]。并且，有限元方法特別善于處理包含幾何和材料的非線性問題即描述物理的或者生物的非線性現象的情況。而大多數的土壤與機具及土壤與作物之間的接觸問題都會涉及到材料和幾何的非線性，有限元方法的出現為分析和解決農業(yè)生產中的土壤的變形問題以及相關的耕作接觸問題提供了新的解決方案，且能夠通過計算機模擬來代替復雜耗時的實際試驗。近幾十年，隨著計算機硬件性能的飛速發(fā)展與運算速度的不斷提高，利用有限元方法分析土壤變形問題的研究已廣泛在各國學者中開展起來[49]：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]吉林省玉米秸稈資源量及綜合利用情況分析[J]. 安載學,穆楠,李萬良. 安徽農業(yè)科學. 2012(02)
[2]推進作物秸稈綜合利用的六點建議[J]. 王延宏,張立才. 農機質量與監(jiān)督. 2009(01)
[3]吉林省秸稈綜合利用技術現狀與發(fā)展前景[J]. 孫立軍,魏廣軍,王廣君. 農業(yè)機械. 2008(33)
[4]正反轉旋耕滅茬機刀片的功耗分析[J]. 申屠留芳,邵鵬. 農機化研究. 2007(11)
[5]農作物秸稈資源利用淺析[J]. 管小冬. 農業(yè)工程學報. 2006(S1)
[6]模擬退火算法機理研究[J]. 陳華根,吳健生,王家林,陳冰. 同濟大學學報(自然科學版). 2004(06)
[7]Significance and Progress of Bionics[J]. Yongxiang Lu Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, P.R. China. Journal of Bionics Engineering. 2004(01)
[8]吉林省農作物秸稈資源的現狀及綜合利用[J]. 樸香蘭. 延邊大學農學學報. 2003(01)
[9]中國農作物秸稈資源及其利用現狀[J]. 韓魯佳,閆巧娟,劉向陽,胡金有. 農業(yè)工程學報. 2002(03)
[10]非光滑仿生曲面形推土鏟推土阻力試驗研究[J]. 韓志武,崔占榮,任露泉,李建橋,佟金. 農業(yè)機械學報. 2002(02)
博士論文
[1]仿生蜘蛛振動感知的硅微加速度傳感器研究[D]. 汪延成.浙江大學 2010
[2]旋耕—碎茬仿生刀片[D]. 汲文峰.吉林大學 2010
[3]農作物秸稈資源綜合利用的戰(zhàn)略研究[D]. 陳琳.南京林業(yè)大學 2007
碩士論文
[1]農作物秸稈綜合利用機械化技術推廣研究[D]. 相俊紅.中國農業(yè)大學 2005
[2]開溝器仿生設計及其試驗分析[D]. 杜衛(wèi)剛.吉林大學 2004
本文編號：3216383
【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：148 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
旋耕刀、圓犁刀和L型直刀
圖 1.3 旋耕刀、圓犁刀和 L 型直刀旋耕刀、圓犁刀，雖然能起到一定的除茬作用，但其除茬率較低，功耗稍大；而 型碎茬刀主要是依靠高速旋轉以打擊粉碎根茬為主要方式，切割為輔助形式，因此刀刃的鋒利程度并無太高要求[28]，目前國內的除茬作業(yè)普遍采用這種單面刀刃的 L碎茬刀。刀具多由厚 6~7mm 的 65 Mn 鋼制成，刀輥轉速多為 380r/min 或以上，轉速低會對作業(yè)質量造成不利影響。圓盤耙與圓盤犁的形狀近似，是一個凹面的圓盤。在工作中，圓盤與前進方向呈定角度滾動，圓盤前進時，前沿的刃口切入土壤，后方的凹面會帶著土垡朝著后上向運動，并令土垡破碎翻轉。圓盤部件的刃口切割能力強，在多草根的土中不容易堆堵塞。并且由于圓盤是滾動前進，受到的阻力較小。缺點是圓盤的重量比較大，便做成懸掛式。圖 1.4 為兩種常見的圓盤形式[26,27]。
圖 1.5 缺口圓盤刀的根茬切斷原理1.3有限元方法在農業(yè)生產上的應用有限元方法是一項功能非常強大的數值技術，可用來解決諸多領域內復雜的工程問題，如汽車車身的結構設計[29-32]、齒輪傳動的接觸分析[33-35]、土木工程中的變形問題[36-39]，甚至于生物體的力學行為與醫(yī)學方面的分析[40,47]。有限元方法提供了一種處理復雜事物相關聯問題的可能性，這種求解的可能性是一般解析方法無法實現的[48]。并且，有限元方法特別善于處理包含幾何和材料的非線性問題即描述物理的或者生物的非線性現象的情況。而大多數的土壤與機具及土壤與作物之間的接觸問題都會涉及到材料和幾何的非線性，有限元方法的出現為分析和解決農業(yè)生產中的土壤的變形問題以及相關的耕作接觸問題提供了新的解決方案，且能夠通過計算機模擬來代替復雜耗時的實際試驗。近幾十年，隨著計算機硬件性能的飛速發(fā)展與運算速度的不斷提高，利用有限元方法分析土壤變形問題的研究已廣泛在各國學者中開展起來[49]：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]吉林省玉米秸稈資源量及綜合利用情況分析[J]. 安載學,穆楠,李萬良. 安徽農業(yè)科學. 2012(02)
[2]推進作物秸稈綜合利用的六點建議[J]. 王延宏,張立才. 農機質量與監(jiān)督. 2009(01)
[3]吉林省秸稈綜合利用技術現狀與發(fā)展前景[J]. 孫立軍,魏廣軍,王廣君. 農業(yè)機械. 2008(33)
[4]正反轉旋耕滅茬機刀片的功耗分析[J]. 申屠留芳,邵鵬. 農機化研究. 2007(11)
[5]農作物秸稈資源利用淺析[J]. 管小冬. 農業(yè)工程學報. 2006(S1)
[6]模擬退火算法機理研究[J]. 陳華根,吳健生,王家林,陳冰. 同濟大學學報(自然科學版). 2004(06)
[7]Significance and Progress of Bionics[J]. Yongxiang Lu Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, P.R. China. Journal of Bionics Engineering. 2004(01)
[8]吉林省農作物秸稈資源的現狀及綜合利用[J]. 樸香蘭. 延邊大學農學學報. 2003(01)
[9]中國農作物秸稈資源及其利用現狀[J]. 韓魯佳,閆巧娟,劉向陽,胡金有. 農業(yè)工程學報. 2002(03)
[10]非光滑仿生曲面形推土鏟推土阻力試驗研究[J]. 韓志武,崔占榮,任露泉,李建橋,佟金. 農業(yè)機械學報. 2002(02)
博士論文
[1]仿生蜘蛛振動感知的硅微加速度傳感器研究[D]. 汪延成.浙江大學 2010
[2]旋耕—碎茬仿生刀片[D]. 汲文峰.吉林大學 2010
[3]農作物秸稈資源綜合利用的戰(zhàn)略研究[D]. 陳琳.南京林業(yè)大學 2007
碩士論文
[1]農作物秸稈綜合利用機械化技術推廣研究[D]. 相俊紅.中國農業(yè)大學 2005
[2]開溝器仿生設計及其試驗分析[D]. 杜衛(wèi)剛.吉林大學 2004
本文編號：3216383
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