仿蟋蟀切齿叶减阻灭茬刀片设计与试验

摘要

为了降低切茬装置切割粉碎玉米根茬所需的功耗,以蟋蟀切齿叶为仿生原型设计了2种仿生灭茬刀片.应用MATLAB软件提取切齿叶部分的轮廓特征,分析其优良的减阻特性,并将此轮廓特征应用于灭茬刀片正刀刃的设计,设计出仿生刀片A;考虑到加工难易程度和经济成本,以二次函数为轮廓特征设计出仿生刀片B.在同等工作参数(前进速度为1 m/s,刀辊转速为420 r/min,耕深为50 mm)前提下,利用ANSYS/LS-DYNA软件仿真和田间试验的方法对2种仿生刀片和原型刀片的载荷状况进行对比分析.仿真结果表明:仿生刀片A和B的最大切削力(分别为881 N和908 N)较原型刀片的最大切削力(1079 N)分别降低18.35%和15.85%;田间试验结果表明:仿生灭茬刀片A和B的平均扭矩和变异系数分别为267.894N·m,2.31%和275.843N·m,2.11%,原型灭茬刀片平均扭矩和变异系数为299.712N·m和2.33%,且3种灭茬刀片的作业质量(灭茬深度和根茬粉碎率)均可达到相关国家标准.研究结果可为灭茬刀片的减阻降耗设计提供理论指导.