本文關(guān)鍵詞：基于離散元法的芯鏵式開(kāi)溝器優(yōu)化設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：開(kāi)溝器是播種機(jī)械的重要工作部件，其性能好壞直接影響種溝的形成及種子入土的位置，對(duì)種子的發(fā)芽成長(zhǎng)具有十分重要的影響。芯鏵式開(kāi)溝器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、溝底平整、入土性能較好，且對(duì)播種前整地要求不高，特別是在東北壟作地區(qū)，仍被廣泛使用。但該開(kāi)溝器在玉米穴播及大豆條播作業(yè)過(guò)程中，，其開(kāi)溝寬度大，保墑效果差且對(duì)土壤的側(cè)向推移較大，不適合高速播種。優(yōu)化和改善芯鏵式開(kāi)溝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以使之更加符合農(nóng)藝要求，讓種子均勻分布在種溝內(nèi)且落在濕土上。開(kāi)溝器的工作過(guò)程是工作部件與土壤間的相互運(yùn)動(dòng)，過(guò)程十分復(fù)雜，但最終都可以歸結(jié)為土壤顆粒的流動(dòng)過(guò)程。因此，用離散元法仿真土壤與開(kāi)溝器間的相互作用是一種比較接近實(shí)際情況的方法。 本文以開(kāi)溝器與土壤為研究對(duì)象，通過(guò)土壤三軸儀、直剪儀、土壤篩、烘箱、電子天平、土壤硬度儀等設(shè)備對(duì)耕層土壤顆粒的物理力學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，探索了基于土壤離散元模型參數(shù)的確定方法及耕層土壤顆粒的離散元模型的研究；通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)的芯鏵式開(kāi)溝器離散元仿真與土槽實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，修正了土壤顆粒離散元模型。基于此土壤顆粒離散元仿真模型對(duì)芯鏵式開(kāi)溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并得到了芯鏵式開(kāi)溝器的最優(yōu)的參數(shù)組合。在仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于均勻設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了一系列芯鏵式開(kāi)溝器，并通過(guò)土槽及田間試驗(yàn)對(duì)新的芯鏵式開(kāi)溝器進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化，得到了適合吉林省中部地區(qū)土壤的芯鏵式開(kāi)溝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，為芯鏵式開(kāi)溝器的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。具體研究?jī)?nèi)容如下： 1、探討了利用離散元法進(jìn)行土壤耕作部件研究的可行性，對(duì)土壤顆粒離散元模型參數(shù)的確定方法及土壤顆粒接觸模型進(jìn)行了研究。測(cè)定了耕層土壤顆粒的物理力學(xué)性能參數(shù)，它包括土壤的質(zhì)地、土壤顆粒形狀、土壤含水率、土壤密度、摩擦系數(shù)、剛度系數(shù)、剪切模量、泊松比等。為建立了土壤顆粒的離散元模型及開(kāi)溝器的離散元仿真分析參數(shù)的選擇提供依據(jù)。 2、確定了芯鏵式開(kāi)溝器仿真分析的試驗(yàn)方案，并對(duì)傳統(tǒng)的開(kāi)溝器離散元仿真分析，得到了開(kāi)溝器工作阻力及與土壤間相互運(yùn)動(dòng)情況。 3、制作了小型玻璃土槽，結(jié)合高速攝像技術(shù)對(duì)芯鏵式開(kāi)溝器的工作過(guò)程進(jìn)行了臺(tái)架實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)開(kāi)溝器的工作阻力及開(kāi)溝器與土壤顆粒間的相互運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)定與記錄。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比，修正了土壤顆粒的離散元仿真模型。 4、通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)芯鏵式開(kāi)溝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，確定了優(yōu)化方案，并建立一系列新型芯鏵式開(kāi)溝器模型。利用修正后的土壤離散元仿真模型進(jìn)行了開(kāi)溝器仿真分析，得出新型芯鏵式開(kāi)溝器的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。 5、以仿真結(jié)果最優(yōu)的開(kāi)溝器結(jié)構(gòu)參數(shù)組合為基礎(chǔ)，按照均勻設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方案選取參數(shù)，設(shè)計(jì)一組新型的開(kāi)溝器。通過(guò)分析土槽和田間實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證仿真分析的準(zhǔn)確性，為開(kāi)溝器的設(shè)計(jì)提供了一種新的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法。
【關(guān)鍵詞】：芯鏵式開(kāi)溝器 離散元 參數(shù)確定 優(yōu)化設(shè)計(jì) 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S223.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 課題研究的目的和意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)11-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)12-13
• 1.3 開(kāi)溝器的類(lèi)型及特點(diǎn)13-17
• 1.4 離散元法及在土壤動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用17-18
• 1.4.1 離散元法簡(jiǎn)介17
• 1.4.2 離散元法在土壤動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用17-18
• 1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)和方法18-21
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容18
• 1.5.2 研究目標(biāo)18-19
• 1.5.3 研究方法19-21
• 第2章 土壤參數(shù)測(cè)定及分析21-33
• 2.1 土壤參數(shù)的測(cè)定21-31
• 2.1.1 土壤物理參數(shù)的測(cè)定21-25
• 2.1.2 土壤力學(xué)參數(shù)的測(cè)定25-31
• 2.2 小結(jié)31-33
• 第3章 芯鏵式開(kāi)溝器工作過(guò)程離散元法仿真分析33-39
• 3.1 芯鏵式開(kāi)溝器仿真試驗(yàn)方案的確定33
• 3.2 離散元模型的建立及參數(shù)選擇33-36
• 3.2.1 土壤顆粒離散元模型的建立33-34
• 3.2.2 邊界及開(kāi)溝器離散元模型的建立34
• 3.2.3 接觸模型的確定34-35
• 3.2.4 模型參數(shù)的確定35-36
• 3.3 芯鏵式開(kāi)溝器工作過(guò)程的仿真分析36-38
• 3.3.1 計(jì)算時(shí)步的確定36
• 3.3.2 土壤顆粒工廠生成方案36-37
• 3.3.3 芯鏵式開(kāi)溝器工作過(guò)程的仿真結(jié)果及分析37-38
• 3.4 小結(jié)38-39
• 第4章 芯鏵式開(kāi)溝器小型玻璃土槽試驗(yàn)39-55
• 4.1 試驗(yàn)裝置39-45
• 4.1.1 土槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)39-41
• 4.1.2 土槽實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)41-45
• 4.2 芯鏵式開(kāi)溝器試驗(yàn)方案確定45-53
• 4.2.1 試驗(yàn)方法45-46
• 4.2.2 試驗(yàn)條件及設(shè)備46
• 4.2.3 試驗(yàn)與測(cè)試結(jié)果分析46-53
• 4.3 小結(jié)53-55
• 第5章 芯鏵式開(kāi)溝器離散元仿真模型參數(shù)修正55-61
• 5.1 仿真結(jié)果與試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析55-56
• 5.1.1 工作阻力對(duì)比分析55-56
• 5.1.2 工作時(shí)土壤顆粒運(yùn)動(dòng)對(duì)比分析56
• 5.2 離散元仿真模型參數(shù)的修正56
• 5.3 基于離散元模型參數(shù)修正的仿真試驗(yàn)56-60
• 5.3.1 仿真試驗(yàn)方案56-57
• 5.3.2 仿真結(jié)果及分析57-60
• 5.4 小結(jié)60-61
• 第6章 基于離散元法芯鏵式開(kāi)溝器的優(yōu)化設(shè)計(jì)61-65
• 6.1 參數(shù)的確定61
• 6.2 芯鏵式開(kāi)溝器的優(yōu)化設(shè)計(jì)61-63
• 6.3 仿真分析63-64
• 6.4 小結(jié)64-65
• 第7章 基于實(shí)物試驗(yàn)的新芯鏵式開(kāi)溝器的優(yōu)化設(shè)計(jì)65-77
• 7.1 試驗(yàn)方案65-66
• 7.2 試驗(yàn)裝置66-68
• 7.2.1 新開(kāi)溝器的制作裝置66-67
• 7.2.2 新開(kāi)溝器玻璃土槽實(shí)驗(yàn)裝置67-68
• 7.2.3 溝形測(cè)繪裝置68
• 7.3 土槽試驗(yàn)68-69
• 7.3.1 試驗(yàn)方法69
• 7.3.2 試驗(yàn)條件及設(shè)備69
• 7.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析69-75
• 7.4.1 開(kāi)溝器工作阻力與開(kāi)溝器牽引比能耗測(cè)定70-73
• 7.4.2 土壤顆粒運(yùn)動(dòng)情況的測(cè)定73-75
• 7.5 小結(jié)75-77
• 第8章 芯鏵式開(kāi)溝器的田間試驗(yàn)77-83
• 8.1 試驗(yàn)方案77
• 8.2 試驗(yàn)裝置77-80
• 8.3 田間試驗(yàn)80
• 8.4 試驗(yàn)結(jié)果與分析80-82
• 8.4.1 芯鏵式開(kāi)溝器田間試驗(yàn)阻力及分析80-81
• 8.4.2 芯鏵式開(kāi)溝器牽引比能耗分析81-82
• 8.5 結(jié)論82-83
• 第9章 總結(jié)與展望83-85
• 9.1 全文總結(jié)83-84
• 9.2 研究展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 作者簡(jiǎn)介及科研成果91-92
• 致謝92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：298937