筑埂机旋耕切削装置设计及性能研究

摘要

在水稻生产的过程中，修筑田埂是水田灌溉前必不可少的步骤，是整个水稻生产的重要环节。目前，我国对水田筑埂技术的研究还存在着一些不足，对筑埂机旋耕切削土壤以及振动压实所筑田埂的机理研究相对较少；现有的筑埂机械存在功耗较大，机具磨损严重，土壤破碎不充分，筑埂不坚实等一系列问题，尤其是筑埂机旋耕切削装置耗能较大，其功能的好坏决定着水田筑埂机的筑埂质量和工作效率。本研究完成的工作内容如下： （1）根据筑埂机的工作特点，对其总体设计进行了详细阐述，并对筑埂机关键部件进行了力学分析。通过对旋耕切削装置的工作原理及受力情况进行分析，为后文探索旋耕切削部件与土壤的相互作用机理作奠定基础。 （2）采用离散元法研究刀具与土壤的相互作用机理，分析不同刀具的功耗问题，探究刀具对碎土效果的影响，重点研究了旋耕弯刀的结构参数对功耗以及碎土效果产生的影响，通过正交试验发现弯折角、幅宽、正切面端面刀高对旋耕弯刀功耗的影响最为显著，得到了不同刀具较为理想的参数组合。当旋耕弯刀弯折角为125°，幅宽为60mm，正切面端面刀高为55mm，侧切刃包角为27°时，刀具功耗相对较低而且碎土效果较好；当抛土弯刀的弯折角为120°，幅宽为80mm时，刀具的功耗及碎土效果较好；从材料损耗的角度考虑，L型弯刀幅宽为40mm时刀具所用的材料最小。 （3）本文所研究的筑埂机旋耕切削装置分为左右两个刀轴，刀具在左右两个刀轴上对称排列。依据其功能特点对不同刀具进行空间排布，探究不同刀具的空间排布方式对刀轴性能的影响，得到一种较为理想的刀具排布方式。所设计的左旋耕刀轴的旋耕弯刀采用刀座式，三头螺旋线排列方式，刀具数为12把。抛土弯刀为采用的是刀座式，抛土弯刀设计为两把。L型弯刀为切型刀，L型弯刀采用的是刀座式，刀具数为两把。 （4）采用有限元法建立了旋耕弯刀的数值计算模型，并在模型上设置数个受力监测点，对各个监测点位置的应力进行采集，采用名义应立法对材料的S-N曲线进行修正，得到旋耕弯刀的S-N曲线表达式，通过计算得到各监测点的疲劳寿命。其中，监测点1的疲劳寿命最短，该点位于旋耕弯刀与刀座的连接处，该部位在使用的过程中可能最先发生疲劳破坏。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外筑埂机的发展

（1）国外筑埂机的发展

（2）国内筑埂机的发展

1.3 旋耕切削技术的发展及研究现状

（1）国外旋耕切削技术的发展及研究现状

（2）国内旋耕切削技术的发展及研究现状

1.4 课题来源和主要研究内容

（2）课题主要研究内容

第2章 筑埂机总体设计及关键部件的力学分析

2.1 筑埂机的设计要求

2.2 筑埂机的总体方案设计

2.2.1 整机结构布局

2.2.2 传动方案的确定

2.3 旋耕切削装置的工作原理及受力分析

2.3.1 旋耕弯刀的运动分析

2.3.2 旋耕弯刀对土壤作用过程分析

2.3.3 旋耕切削装置的设计

2.4 镇压成型装置的工作原理及受力分析

2.4.1 镇压成型装置的工作原理及影响因素分析

2.4.2 镇压成型装置的受力分析

2.4.3 镇压成型装置的结构

2.5 筑埂机整机结构

2.6 本章小结

第3章 基于离散元法的筑埂机旋耕切削性能研究

3.1 土壤特性分析及参数的确定

3.1.1 土壤特性分析

3.1.2 土壤颗粒参数的确定

3.2 构建水土—机械耦合模型

3.2.1 土壤颗粒力学模型

3.2.2 土壤模型建立

3.2.3 旋耕弯刀工作过程仿真模型的建立

3.3 仿真模型的验证

（1）试验目的及设备

（2）试验原理及过程

（3）试验结果

3.4 筑埂机旋耕切削性能试验设计与分析

3.4.1 试验因素分析与参数的选择

3.4.2 试验方案的确定

3.5 筑埂机旋耕切削性能试验仿真结果分析

3.5.1 旋耕弯刀性能试验仿真结果分析

3.5.2 抛土弯刀性能试验仿真结果分析

3.5.3 L型弯刀性能试验仿真结果分析

3.6 本章小结

第4章 筑埂机刀具空间排布的性能研究

4.1 筑埂机旋耕刀轴上刀具空间排布方式研究

4.1.1 刀具的空间排列要求

4.1.2 筑埂机旋耕刀轴上刀具空间排布方式分析

4.2 筑埂机旋耕刀轴不同刀具空间排布方式的性能分析

4.2.1 同一回转平面旋耕弯刀空间排布对刀轴影响的性能分析

4.2.2 旋耕弯刀轴向排布方式对刀轴影响的性能分析

4.3 筑埂机旋耕切削装置的分析与最终确定

4.3.1 不同刀具空间排布对土壤破碎效果的影响

4.3.2 筑埂机旋耕切削装置的最终确定

4.4 本章小结

第5章 筑埂机旋耕弯刀的疲劳寿命研究

5.1 名义应力法估算旋耕弯刀的疲劳寿命

5.1.1 疲劳累积损伤理论

5.1.2 平均应力的修正

5.2 建立疲劳分析模型

5.3 测试点的选取以及数据的分析

5.4 确定旋耕弯刀的S-N曲线

5.5 旋耕弯刀疲劳寿命估算

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术成果