为解决耕整播一体机作业过程中面临的土壤回填和碎土效果不佳,以及耕作阻力较大等问题,该研究基于鲨鱼背鳍的轮廓曲线设计了一种仿生直刃旋耕刀。通过高斯方程对背鳍轮廓进行拟合,结果显示拟合决定系数R2接近1且残差平方和SSE(sum of sq...为解决耕整播一体机作业过程中面临的土壤回填和碎土效果不佳,以及耕作阻力较大等问题,该研究基于鲨鱼背鳍的轮廓曲线设计了一种仿生直刃旋耕刀。通过高斯方程对背鳍轮廓进行拟合,结果显示拟合决定系数R2接近1且残差平方和SSE(sum of squares of the residuals)值接近0,验证了所用函数方程的优越性及数据预测的准确性。借助离散元仿真软件,以刀辊回转速度n、机具前进速度v和耕作深度h为因素,以回填率Pr、碎土率I和耕作阻力F为指标,进行二次正交旋转组合仿真试验。结果显示,当刀辊回转速度为241 r/min,机具前进速度为0.65 m/s,耕作深度为120 mm时,仿生旋耕刀-土壤颗粒接触模型具有最优解。室内土槽试验进一步验证,仿生旋耕刀回填率为84.34%,碎土率为79.7%,平均耕作阻力为87.25N,在同等运动参数条件下相较于直刃刀、弯形刀和凿形刀,回填率分别提升了11.98%、36.62%、23.2%;碎土率分别提升了15.07%、6.89%、10.32%;耕作阻力分别降低了15.59%、28.83%、24.38%,并且各指标与仿真结果的相对误差分别为3.7%、3.2%和4.5%,仿真试验和室内土槽试验结果表明仿生旋耕刀在减少耕作阻力的同时,可提高带状旋耕作业的回填率和碎土率,验证了设计的正确性。研究结果可为带状旋耕装置的研发与优化提供支撑。展开更多
[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆...[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型,通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数:黏结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]模型决定系数(R^(2))分别为0.986和0.984,模型均显著(P<0.01);基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型,采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%,验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟,为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。展开更多
针对涂层提高旋耕刀耐磨性但会增加作业功耗的问题,该研究通过仿真与试验探究了不同厚度涂层对旋耕刀功耗的影响规律,并优选了涂层厚度。通过仿真模拟旋耕刀作业过程,得到旋耕刀易磨损位置和涂层厚度对旋耕刀功耗的影响规律。采用等离...针对涂层提高旋耕刀耐磨性但会增加作业功耗的问题,该研究通过仿真与试验探究了不同厚度涂层对旋耕刀功耗的影响规律,并优选了涂层厚度。通过仿真模拟旋耕刀作业过程,得到旋耕刀易磨损位置和涂层厚度对旋耕刀功耗的影响规律。采用等离子堆焊技术制备1、1.5和2 mm 3种厚度耐磨涂层,并进行田间功耗测试。田间试验结果发现,随旋耕刀涂层厚度由0增至1、1.5、2 mm,平均功耗分别增加了12.4%、17.3%和26.8%,旋耕刀功耗随涂层厚度变化趋势与仿真试验一致,误差范围在0.17%~6.77%之间,验证了仿真模型的准确性,并根据旋耕作业仿真过程分析了涂层导致旋耕刀功耗增长的原因。基于成本分析与涂层耐磨性及其对功耗的影响,确定旋耕刀涂层强化最优厚度为1.25 mm。该研究得到了涂层对旋耕刀功耗影响机制,提出了综合成本、功耗与耐磨性选择涂层厚度的方法,可为旋耕刀涂层强化工艺厚度选择提供理论基础。展开更多
文摘为解决耕整播一体机作业过程中面临的土壤回填和碎土效果不佳,以及耕作阻力较大等问题,该研究基于鲨鱼背鳍的轮廓曲线设计了一种仿生直刃旋耕刀。通过高斯方程对背鳍轮廓进行拟合,结果显示拟合决定系数R2接近1且残差平方和SSE(sum of squares of the residuals)值接近0,验证了所用函数方程的优越性及数据预测的准确性。借助离散元仿真软件,以刀辊回转速度n、机具前进速度v和耕作深度h为因素,以回填率Pr、碎土率I和耕作阻力F为指标,进行二次正交旋转组合仿真试验。结果显示,当刀辊回转速度为241 r/min,机具前进速度为0.65 m/s,耕作深度为120 mm时,仿生旋耕刀-土壤颗粒接触模型具有最优解。室内土槽试验进一步验证,仿生旋耕刀回填率为84.34%,碎土率为79.7%,平均耕作阻力为87.25N,在同等运动参数条件下相较于直刃刀、弯形刀和凿形刀,回填率分别提升了11.98%、36.62%、23.2%;碎土率分别提升了15.07%、6.89%、10.32%;耕作阻力分别降低了15.59%、28.83%、24.38%,并且各指标与仿真结果的相对误差分别为3.7%、3.2%和4.5%,仿真试验和室内土槽试验结果表明仿生旋耕刀在减少耕作阻力的同时,可提高带状旋耕作业的回填率和碎土率,验证了设计的正确性。研究结果可为带状旋耕装置的研发与优化提供支撑。
文摘[目的]针对水稻秸秆不同含水率下离散元参数标定方法通用性不足导致水稻秸秆还田装备数值模拟误差较大的问题,结合物理试验与仿真试验对不同含水率的水稻秸秆进行试验研究。[方法]通过物理剪切试验建立含水率-剪切力模型;基于水稻秸秆物理特征在EDEM中建立以Hertz-Mindlin with bonding为接触模型的水稻秸秆离散元模型,通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验筛选出水稻秸秆离散元显著性参数:黏结键半径、单位面积法向刚度、单位面积剪切刚度。[结果]模型决定系数(R^(2))分别为0.986和0.984,模型均显著(P<0.01);基于水稻秸秆的含水率-剪切力模型和剪切力-离散元模型构建含水率-离散元模型,采用物理试验与仿真试验对比的方法得到相对误差小于等于5.4%,验证了模型的可靠性。[结论]所标定的含水率-离散元模型可用于不同含水率水稻秸秆的数值模拟,为水稻秸秆的收获、还田、免耕等环节的装置结构设计和优化提供理论依据。
文摘针对涂层提高旋耕刀耐磨性但会增加作业功耗的问题,该研究通过仿真与试验探究了不同厚度涂层对旋耕刀功耗的影响规律,并优选了涂层厚度。通过仿真模拟旋耕刀作业过程,得到旋耕刀易磨损位置和涂层厚度对旋耕刀功耗的影响规律。采用等离子堆焊技术制备1、1.5和2 mm 3种厚度耐磨涂层,并进行田间功耗测试。田间试验结果发现,随旋耕刀涂层厚度由0增至1、1.5、2 mm,平均功耗分别增加了12.4%、17.3%和26.8%,旋耕刀功耗随涂层厚度变化趋势与仿真试验一致,误差范围在0.17%~6.77%之间,验证了仿真模型的准确性,并根据旋耕作业仿真过程分析了涂层导致旋耕刀功耗增长的原因。基于成本分析与涂层耐磨性及其对功耗的影响,确定旋耕刀涂层强化最优厚度为1.25 mm。该研究得到了涂层对旋耕刀功耗影响机制,提出了综合成本、功耗与耐磨性选择涂层厚度的方法,可为旋耕刀涂层强化工艺厚度选择提供理论基础。
