木薯块根拔起的最大应力数值模拟及试验.pdf

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1、第32卷第6期582016年3月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．6Mar．2016木薯块根拔起的最大应力数值模拟及试验杨望，李晓月，王蓉蓉，杨坚※，潘琴，李娟娟(广西大学机械工程学院，南宁530004)摘要：为了探明木薯拔起时块根最大应力的影响规律和确定块根不被拔断的允许最大拔起力，论文采用FEM(finiteelementmethod)和SPH(smoothedDarticlehydrodynamic8)的耦合方法及二次回归旋转设计方法，通过构建土壤一块根一茎秆系统的数值模拟计算

2、模型，进行木薯块根拔起数值模拟试验，测定各因素组合条件下的块根最大拔起力和块根最大应力，建立块根最大应力与拔起速度、块根的大小、长短和生长深度及土壤的软硬程度的多因素耦合数学模型，研究了各影响因素及交互作用对块根最大应力的影响规律，同时，通过块根最大拔起力和块根最大应力的散点图，研究了块根最大拔起力和块根最大应力的相关性，确定了块根不被拔断的允许最大拔起力，且2014年12月底在广西武鸣县某木薯种植地，采用随机抽样方法．进行了木薯块根最大拔起力和块根拔断率的田间试验和统计分析，对块根不被拔断的允许最大拔起力进行了验证，最大拔起力小于0．98kN时，块根拔断率为2．5％。结果表明，块根最大应

3、力与各影响因素的多因素耦合数学模型的F检验在0．0001水平上显著，精度较高，可用于块根最大应力的影响分析；块根最大应力随拔起速度的增大呈先增大。后减小的变化，随生长深度、块根长度和土壤硬度的增大而增大，随块根直径的增大而减小；块根最大应力与最大拔起力相关性不强，块根允许最大拔起力约为0．98kN。关键词：农业机械；模型；木薯块根；数值模拟试验；数学模型；最大应力；允许最大拔起力doi：10．11975／j．issn．1002-6819．2016．06．008中图分类号：$225．7+1文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一06—0058-07杨望，李晓月，王蓉蓉，杨坚，

4、潘琴，李娟娟．木薯块根拔起的最大应力数值模拟及试验【J】．农业工程学报，2016。32(6)：58-64．doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．06．008http：／／www．tcsae．orgYangWang，LiXiaoyue，WangRongrong，YangJian，PanQin，LiJuanjuan．Numericalsimulationtestofmaximumstressoftuberincassavalifting[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(Tra

5、nsactionsoftheCSAE)，2016，32(6)：58—64．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．06．008http：／／www．tcsae．org0引言挖拔式木薯块根收获机械是主要的木薯块根收获机械之一，国内外学者对其进行了一定的研究，取得了一定成果。80年代德国莱比锡大学研制出了一种挖掘松土一拔起分离型的木薯块根收获机，该机采用了夹持带拔起块根，向后上方输送作业方式，功耗小，但由于块根拔起机构设计缺乏依据，块根收获损失大【l】。之后，爱沙尼亚公司在该机的基础上进行改进设计，研发出

6、了一种Chm一3407型挖掘松土一拔起分离型的木薯块根收获机[21。2012年廖字兰等对挖拔式木薯收获机的挖掘铲、夹持输送机构和动力传动机构进行了设计，并对其关键参数进行了研究【3】。2000年Agbetoye等采用力学分析方法，建立了拔起土中平板的力学分析模型，对拔起力进行了分析，结果表明，预收稿E1期：2015—10—09修订日期：2016一Ol一27基金项目：国家自然科学基金项目(51365005)；国家自然科学基金项目(51065003)；广西制造系统与制造技术重点实验室课题(13—051—09S01)；广西研究生教育创新汁划资助项目(YCSZ2015040)作者简介：杨望，男，广

7、西合浦人，副教授，博士，硕士生导师，主要从事木薯和甘蔗收获机械设计基础理论研究。南宁广西大学机械工程学阮，530004。Email：yanghope@163．com※通信作者：杨坚，男，广西合浦人，教授，主要从事农业机械设}f及性能优化研究。南宁广西大学机械工程学院，530004。Email：yangokok@gxu．edu．c[1中国农业工程学会高级会员：杨望(E041200798S)测值和实测值一致，但考虑木薯块根影