圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试验验证.pdf

第 32卷 第 l3期 农 业 工 程 学 报 Vo1．32 No．13 8 2016年 7月 TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering Ju1．2016 圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试验验证 康建明 。，李树君 ，杨学军 ，刘立晶l，，李长荣 (1．中国农业机械化科学研究院，北京 100083；2．南方粮油作物协同创新中心，长沙 410128； 3．新疆农垦科学院机械装备研究所，石河子 832000) 摘 要：为探明土壤条件和工作参数对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律 ，该文采用光滑粒子流体动力学方法构建了土 壤一开沟刀盘的有限元模型，利用ANSYS软件中的显示动力模块LS—DYNA对开沟刀盘土壤切削过程进行仿真分析，得出 开沟刀盘在土壤切削过程中功率消耗的变化规律。结合正交试验设计和数值模拟技术，研究土壤坚实度、刀盘转速和开沟 深度对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律，得出影响作业功耗的因素主次顺序是土壤坚实度开沟深度刀盘转速。采用多 变量单 目标优化方法，建立关于土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度的作业功耗模型，利用 Matlab软件对功耗模型进行求 解，得出当土壤坚实度为 120Nc／mz，刀盘转速为225r／min，开沟深度为405mm时，作业功耗最小为32．4kW。通过土槽试 验对优化结果进行验证 ，结果表明：理论值与试验值的相对误差为5．68％，作业功耗模型和优化结果具有较高的准确性。该 研究可为圆盘式开沟机选择节省功耗的参数组合提供参考。 关键词：农业机械；有限元方法；土壤；开沟；仿真分析 doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．13．002 中图分类号 ：$222．3 文献标志码：A 文章编号：1002—6819(2016)一13—0008—08 康建明，李树君。杨学军，刘立晶，李长荣．圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试~ iiE[J1．农业工程学报，2016，32(13)： 8-15．doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．13．002 http：／／www．tcsae．org KangJianming，LiSh~un，YangXuejun，LiuLijing，LiChangrong．Experimentalverificationandsimulationanalysisonpower consumptionofdisctypeditcher[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering (TransactionsoftheCSAE) 2016，32(13)：8-15．(inChinesewithEnglishabstract) doi：10．11975~．issn．1002—6819．2016．13．002 http：／w／ww．tcsae．org 沙性土壤切削过程的影响规律 ，建立了牵引力与土壤的 0 引 言 含水量和切削深度之间的回归方程。陆怀民…噪用粘塑性 圆盘式开沟机是以旋转的开沟刀盘为主要工作部件， 帽盖模型，对土方工程机械切土部件与黏性土壤的相互 由于其在工作过程中具有散土均匀，工作效率高等优点， 作用过程进行了有限元分析，得出切削速度与土壤反作 已逐渐应用于果园、葡萄园开沟施肥等农业生产领域_¨。土 用力的变化关系。朱留宪等 对旋耕机旋耕切土过程进行 壤条件和工作参数的匹配直接影响圆盘式开沟机的工作 了仿真研究，得到了旋耕刀辊切削力和功率消耗曲线。齐 性能及功率消耗[2-31。美国、日本的圆盘式开沟机已形成系 龙等I采用 ALE算法建立了土壤一水两物质耦合有限元 列产品，最大功率达 1100kW，可挖深 1．8m、宽 4．5m的 模型，分析了除草轮与土壤一水模型的相互作用过程 ，得 沟渠 。国内也开展了