保护性耕作条件下行间深松机的研究

摘要

本文通过调研在保护性耕作条件下行间深松作业时地表覆盖情况和土壤物理特性，以及深松时期农作物的生长状况，确定了深松作业的农业技术要求。对深松机工作部件的深松作业工艺过程进行了深入研究，分析了深松部件的工作原理，进而研制出深松机工作部件。通过对深松机牵引阻力与机器参数间关系的试验研究、深松部件三维建模与有限元分析、深松部件模态试验研究与分析得出如下结论。 1.利用耕作部件阻力测试装置对所研制的翼型深松铲进行试验研究，确定了翼型深松铲的作业比阻和对土壤的扰动范围；测定结果表明耕深相同时翼形铲的作业阻力比传统的凿形铲大，但作业比阻比凿型铲低22％，对土壤的扰动范围是凿型铲的2.6倍。 2.利用研制的中耕深松机在实行保护性耕作的试验基地进行了玉米中耕深松试验，研究深松作业对玉米种植地土壤容重、土壤孔隙度和土壤含水量的影响，结果表明中耕深松25cm可以降低土壤容重4.2％、增大土壤孔隙度2.3％、增加土壤含水量6.7％，有利于中耕作物的生长。 3.应用单因素试验和正交试验，确定了影响深松部件牵引阻力和牵引功耗的因素并进行了方差分析。利用通用旋转正交组合设计进行试验研究，建立了牵引阻力与影响因素间关系的数学模型。以深松机牵引阻力最小为参数优化的目标，利用MATLAB软件进行了参数优化。对于所研制的深松机在深松深度为25cm，机器前进速度为2.18m/s，深松铲入土角为15°，切草圆盘和深松铲水平间距为640mm时，牵引阻力达到最小为1.1878kN。验证试验结果证实了优化计算结果的正确性，为深松部件的研制提供了依据。 4.应用三维建模和有限元分析软件对研制的深松机进行了三维建模，对深松铲进行了有限元分析，分析了深松铲在1.5倍作业载荷时的静态应力、应变和弯矩，并绘制了变化图解；分析了深松铲、切草圆盘、机架的前五阶模态，确定了其模态频率和比例因子，制作了振型动画；应用有限元分析结果，对深松铲结构进行了改进，使深松铲的强度和刚度得到提高。 5.利用模态理论对深松机进行了模态试验研究，利用数据采集和分析软件分析了深松铲和深松机的模态振型和模态阻尼比。试验结果验证了有限元模型的正确性。试验结果分析所得到的深松机振动参数为深松部件的动态优化设计和改进提供了依据。深入分析了深松机的自谱，确定了典型频率；并对由于拖拉机的运转使深松机典型部位的振动进行了测量和分析，为研究深松部件的振动减阻提供了依据。 论文的研究方法和结论对保护性耕作条件下深松机具的设计和研制具有理论意义和实际应用价值。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

1绪论

2中耕深松部件的研制

3深松部件室内对比试验

4深松部件结构参数和工作参数的试验研究

5中耕深松对土壤物理性质影响的试验研究

6深松部件有限元分析

7中耕深松部件的模态试验研究

8结论与建议

参考文献

致 谢

攻读博士学位期间的研究成果