受迫振动深松机的设计与研究.pdf

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1、DesignandExperimentalstudyontheForcedVibrationSubsoilerADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByZhangSiyuan(AgriculturalMechanizationEngineering)DissertationSupervisor:Prof.WangWei-xin&A.P.LiXiaMay,2018摘要长期不合理的耕作方式以

2、及大型农机的使用，导致土壤形成了坚硬的犁底层。深松能够打破犁底层，有效的改善土壤质量。然而，目前深松机的发展受到了一系列阻碍。本文针对目前深松机普遍存在的耕作阻力大、能耗大等问题，基于受迫振动减阻原理设计受迫振动深松机。通过建立―土壤-深松铲‖受力模型，对土壤、深松铲进行受力分析，并利用MATLAB-Simulink仿真振动参数（振频、振幅）对阻力影响，利用三维建模软件Solidworks对受迫振动深松机进行设计建模，利用有限元软件ANSYS对偏心轴进行静力学与模态分析，并通过LS-DYNA模拟土壤切削过程，通过加工样机进行田间试验，对深松效果进行分析。主要研究结果如

3、下：（1）通过建立―土壤-深松铲‖受力模型，对土壤、深松铲进行受力分析，建立了数学模型和MATLAB-Simulink仿真模型，探究振动参数与阻力间的关系，仿真结果表明振动切削有利于减小切削阻力，同时振动频率高、振幅大对减阻有利；（2）基于受迫振动减阻机理设计受迫振动深松机，并利用Solidworks进行整机三维建模；对关键机构（深松机构和偏心机构）进行设计与校核，确保满足设计要求；通过ANSYS仿真得到偏心轴的等效应力、等效应变和总变形云图，分析主要受力与变形部位，并对其进行模态分析，通过对其进行强化以保证其可靠性。利用Caxa软件绘制工程图，并加工试制样机；（3）

4、田间试验主要用单因素试验定性地研究了耕深、耕速和是否振动等因素对深松铲耕作阻力的影响，得出在一定条件下：随着耕深和耕速的增加，耕作阻力随之增大；同时，振动深松明显比不振动的耕作阻力小；具体的，耕速相同时：在25cm耕深情况下，平均减阻12.4%；在30cm耕深情况下，平均减阻13.27%；在35cm耕深情况下，平均减阻13.97%；耕深相同时：在耕速为2.5km/h时，平均减阻15.53%；在耕速为3km/h时，平均减阻11.43%；在耕速为3.5km/h时，平均减阻12.68%；说明振动深松能有效减小深松阻力且耕深越深，减阻效果越好；（4）通过测定土壤物理特性（土壤

5、坚实度、土壤密度、土壤含水率和土壤扰动系数）分析深松效果，试验结果表明：无论是否振动，深松均能使耕层土壤坚实度、密度下降，但振动效果更为显著。其中，土壤坚实度在0-15cm耕层，不振动深松降低11.04%，振动深松下降36.42%；15-30cm耕层，不振动深松降低13.38%，振动深松下降39.05%；30-45cm耕层，不振动深松降低9.80%，振动深松下降26.95%；土壤密度在0-15cm耕层，对比耕前和非振动情况，振动深松降低6.18%和2.91%；在15-30cm耕层，对比耕前和非振动情况，振动深松降低10.81%和9.34%；在30-45cm耕层，对比耕

6、前和非振动情况，振动深松降低4.55%和3.45%；由于时间因素，土壤含水率变化不大；土壤蓬松度和土壤扰动系数依次为17.79%和53.90%，深松深度的稳定性系数为U=96.34%，具有良好的深松稳定性，均满足试验指标，表明受迫振动深松机深松效果良好。关键词：受迫振动，深松机，模拟仿真，减阻IAbstractLong-termunreasonablefarmingpracticesandtheuseoflargefarmmachineryhaveledtotheformationofahardplowpanonthesoil.Subsoilingcanbreakth

7、eplowpan,effectivelyimprovesoilquality.However,thecurrentdevelopmentofsubsoilerhasaseriesofobstacles.Inviewofthecommonproblemofsubsoilingresistanceandhighenergyconsumptionofsubsoileratpresent,basedontheprincipleofforcedvibrationsubsoil,aforcedvibrationsubsoilerwasdesigned.Throu