【摘要】：重慶市地處我國(guó)四川盆地東部,地形以丘陵、山地為主,目前主要使用微耕機(jī)進(jìn)行耕作。由于長(zhǎng)期淺耕造成犁底層加厚和土壤板結(jié)的問(wèn)題,嚴(yán)重影響了作物的根系發(fā)育以及土壤的蓄水保墑能力,限制了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的發(fā)展。土壤深松技術(shù)是農(nóng)業(yè)保護(hù)性耕作四項(xiàng)技術(shù)之一,通過(guò)土壤深松可以打破堅(jiān)硬的土壤犁底層,改善土壤的通透性,提高水分利用率,從而改善作物生長(zhǎng)環(huán)境,提高作物產(chǎn)量。深松鏟是實(shí)現(xiàn)深松作業(yè)的核心部件,深松機(jī)在田間作業(yè)的主要能耗來(lái)自于深松鏟克服土壤阻力所做的功。深松鏟的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)深松作業(yè)的耕作阻力有著重要的影響,合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠有效降低耕作阻力,減少功耗,同時(shí)可以減少深松鏟在工作過(guò)程中的磨損,增加其使用壽命。因此,為了提高深松鏟在作業(yè)過(guò)程中的減阻耐磨性能,達(dá)到更理想的耕作效果,對(duì)深松鏟作業(yè)時(shí)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及耕作阻力的研究十分必要。本文以一種新型的仿生減阻深松鏟作為研究對(duì)象,在研究重慶市土壤特性的基礎(chǔ)上,運(yùn)用光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)(SPH)對(duì)深松鏟的耕作過(guò)程展開(kāi)數(shù)值模擬分析,并通過(guò)虛擬正交試驗(yàn),對(duì)深松鏟的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,意在于尋求出一種適合于重慶市深松作業(yè)的高效減阻深松鏟,以期為后續(xù)的深松鏟設(shè)計(jì)及研究提供理論依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)采用正交試驗(yàn)的方法對(duì)重慶市的三種典型土壤進(jìn)行采樣,研究其密度、含水率以及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與土壤種類(lèi)、采樣點(diǎn)和采樣深度之間的關(guān)系,并進(jìn)行了誤差分析和驗(yàn)證。結(jié)果表明,耕層土壤的基本物理和力學(xué)性質(zhì)主要取決于土壤類(lèi)型,與土壤采樣點(diǎn)和采樣深度的關(guān)系較小,土壤的各項(xiàng)參數(shù)可通過(guò)幾組平行試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)值平均獲得。(2)通過(guò)三維造型軟件Creo 3.0對(duì)深松鏟進(jìn)行三維實(shí)體建模,并基于SPH法采用ANSYS中的LS-DYNA模塊對(duì)深松鏟進(jìn)行了切土動(dòng)力學(xué)仿真分析。將仿真得到的耕作阻力與現(xiàn)有試驗(yàn)研究的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,相對(duì)誤差為3.3%,驗(yàn)證了通過(guò)切土動(dòng)力學(xué)仿真預(yù)測(cè)耕作阻力的可行性。(3)采用重慶市紫色土的土壤性質(zhì)參數(shù)作為SPH粒子模型的材料參數(shù),對(duì)深松鏟進(jìn)行切土動(dòng)力學(xué)仿真。結(jié)果表明,深松鏟耕作阻力時(shí)程曲線的線型與之前所得基本一致,說(shuō)明仿真結(jié)果正確,驗(yàn)證了所測(cè)土壤各項(xiàng)參數(shù)的正確性,即所測(cè)土壤參數(shù)能夠用于深松鏟切土動(dòng)力學(xué)仿真。(4)采用虛擬正交試驗(yàn)的方法,選取深松鏟的縱深比L/D、破土刃口夾角以及入土角α作為因子,通過(guò)深松鏟切土動(dòng)力學(xué)仿真,以耕作阻力為評(píng)價(jià)指標(biāo),分析了三個(gè)因子對(duì)深松鏟耕作阻力的影響。結(jié)果表明,試驗(yàn)因子主次為ABC,所選因子水平下的深松鏟最優(yōu)組合為A1 B1 C3,即深松鏟的縱深比為0.7、破土刃口夾角為55o、入土角為27o時(shí)耕作阻力最小。(5)對(duì)優(yōu)化前后的深松鏟進(jìn)行同等條件下的切土動(dòng)力學(xué)仿真,比較其耕作阻力的變化;并通過(guò)ANSYS中的Workbench模塊對(duì)優(yōu)化后的深松鏟進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析,分析深松鏟在靜力學(xué)條件下的變形、應(yīng)力以及彈性應(yīng)變情況。結(jié)果表明,優(yōu)化后的深松鏟耕作阻力減少25.7%,優(yōu)化效果明顯;優(yōu)化后的深松鏟在靜力學(xué)條件下的最大等效應(yīng)力為161.11MPa,遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力[?]=1041MPa,在結(jié)構(gòu)上能夠滿足作業(yè)過(guò)程中的強(qiáng)度和剛度要求。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：S222

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2430945