丘陵山區(qū)果園立式單軸開溝施肥機(jī)的研究.pdf

1、開溝施顆粒肥料是果園施肥的主要方式，是提高水果產(chǎn)量和質(zhì)量的重要措施。目前這一工作在我國丘陵山區(qū)果園主要依靠人工完成，其機(jī)械化水平低已經(jīng)成為制約我國水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。
　　針對這一問題，本文研制了一款適合我國丘陵山區(qū)作業(yè)的果園開溝施肥機(jī)，主要研究內(nèi)容如下：
　　從丘陵山區(qū)果園的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)效率考慮，提出開溝施肥機(jī)采用井字形開溝，一次作業(yè)完成開溝、施肥兩項(xiàng)工藝過程的作業(yè)方式。根據(jù)果園開溝施肥的農(nóng)藝要求，提出果園開溝施肥機(jī)

2、開溝深度大于250mm，寬度小于500mm等相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)并初步設(shè)計(jì)了立式單軸果園開溝施肥機(jī)，該機(jī)開溝部件采用刀片組合立式旋轉(zhuǎn)刀具與清溝犁配合進(jìn)行開溝作業(yè)，施肥裝置采用ZGB37R小型電機(jī)驅(qū)動。為提高機(jī)具利用率，初步選擇1WG6.3型微耕機(jī)作為開溝施肥機(jī)的動力機(jī)械。
　　在滿足農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)上，為降低機(jī)具作業(yè)功耗和提高機(jī)具研發(fā)效率，通過數(shù)學(xué)計(jì)算和理論分析建立了土壤質(zhì)點(diǎn)在刀片上的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，運(yùn)用FEM-SPH數(shù)值耦合方法對旋

3、轉(zhuǎn)刀具切削土壤的過程進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：在旋轉(zhuǎn)刀具轉(zhuǎn)速為26rad/s，刀片折彎角為22°的情況下旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤平均功耗為2.080kW；運(yùn)用扭矩—轉(zhuǎn)速測量平臺對旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤進(jìn)行試驗(yàn)，得到旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤平均功耗為2.172kW，與數(shù)值模擬結(jié)果的相對誤差為4.42%。在誤差允許范圍內(nèi)表明采用FEM-SPH數(shù)值耦合方法對旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤進(jìn)行數(shù)值模擬是可行的，為旋轉(zhuǎn)刀具的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　以對切削土壤功耗影響明顯的旋

4、轉(zhuǎn)刀具轉(zhuǎn)速和刀片的折彎角為試驗(yàn)因子，設(shè)計(jì)二元二次回歸正交組合試驗(yàn)，運(yùn)用FEM-SPH數(shù)值耦合方法對回歸正交組合試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，建立旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤功耗與旋轉(zhuǎn)刀具轉(zhuǎn)速和刀片折彎角的回歸方程。運(yùn)用MATLAB工具箱建立回歸方程的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型并對旋轉(zhuǎn)刀具轉(zhuǎn)速和刀片折彎角進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明：在旋轉(zhuǎn)刀具轉(zhuǎn)速為20.3rad/s，刀片折彎角為20.7°時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤平均功耗最小為1.721kW。
　　運(yùn)用FEM-SPH數(shù)值耦合

5、方法對優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明：優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤平均功耗為1.684kW，與優(yōu)化結(jié)果相對誤差為2.15%。運(yùn)用轉(zhuǎn)速—扭矩測量平臺對優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明：優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)刀具切削土壤平均功耗為1.831kW，與優(yōu)化結(jié)果相對誤差為6.39%。在誤差允許范圍內(nèi)，數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果均表明優(yōu)化具有較高的準(zhǔn)確性。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果完成對旋轉(zhuǎn)刀具的優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的旋轉(zhuǎn)刀具與初始設(shè)計(jì)相比切削土壤功耗降低15.70%，

6、優(yōu)化效果比較明顯。
　　運(yùn)用Ansys-Workbench對旋轉(zhuǎn)刀具的立軸和刀片進(jìn)行有限元靜態(tài)分析，結(jié)果表明：立軸和刀片均能夠滿足設(shè)計(jì)和作業(yè)要求，可靠性好。
　　在以上基礎(chǔ)上完成立式單軸果園開溝施肥機(jī)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化并完成樣機(jī)的制作，以1WG6.3型微耕機(jī)作為動力機(jī)械進(jìn)行田間試驗(yàn)。結(jié)果表明：該立式單軸果園開溝施肥機(jī)匹配1WG6.3型微耕機(jī)的田間作業(yè)性能滿足設(shè)計(jì)要求和農(nóng)藝要求；能夠在丘陵山區(qū)果園的狹窄環(huán)境中正常作業(yè)，平均開溝深度在