面向板結(jié)土壤的旋耕技術(shù)與裝備及其仿真和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、浙江省地處我國東南沿海地區(qū)，多為山區(qū)丘陵地帶。茶葉是浙江省的主要經(jīng)濟(jì)作物之一，也是浙江農(nóng)民，尤其是山區(qū)、半山區(qū)農(nóng)民的主要致富手段。茶樹一般生長在山區(qū)半山區(qū)坡度為15°--70°之間的酸性土壤上，其成分主要是紅黃壤土，粘性大、易板結(jié)，板結(jié)后的紅黃壤土十分堅(jiān)硬。這就要求茶園管理裝備的動力平臺在具有良好的動力性能、爬坡性能和行走穩(wěn)定性能的同時，還應(yīng)具備破板結(jié)土壤的能力。本論文基于上述原因，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種正反旋相結(jié)合的板結(jié)土壤旋耕機(jī)具，對其作業(yè)

2、性能進(jìn)行數(shù)值分析；提出了一種基于小型農(nóng)業(yè)旋耕機(jī)械實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的激振旋耕切削土壤的方法；并且設(shè)計(jì)制造了國內(nèi)第一臺小型農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械綜合性能檢測實(shí)驗(yàn)平臺。全文共分七章，各章主要內(nèi)容如下：
　　 第一章闡述了國內(nèi)外農(nóng)業(yè)機(jī)械的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，尤其針對旋耕機(jī)械切削土壤的仿真和實(shí)驗(yàn)分析、農(nóng)業(yè)機(jī)械的質(zhì)心和作業(yè)性能輸出檢測做了詳細(xì)介紹；并提出本論文的主要研究內(nèi)容和思路；
　　 第二章對板結(jié)土壤的機(jī)理和影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析，并闡述了現(xiàn)有土

3、壤模型理論研究中的兩類典型本構(gòu)模型：非線性彈性模型和彈塑性模型，分析了不同耕作方式對土壤性能的影響；結(jié)合三軸實(shí)驗(yàn)儀，對采樣自杭州龍井村你我茶燕茶園基地的板結(jié)土壤做了土壤性能測定；
　　 第三章闡述了光滑粒子法(SPH)的基本思想，簡單介紹了SPH法近似過程的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，給出了任意函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的SPH近似公式；推導(dǎo)了連續(xù)力學(xué)守恒方程組的SPH離散公式，并且討論了與SPH法相關(guān)的一些關(guān)鍵問題，如人工粘性、狀態(tài)方程、光滑長度、時間積分等

4、；結(jié)合本論文研究對象，介紹了SPH法在土壤分析方面的應(yīng)用現(xiàn)狀；
　　 第四章基于一般旋耕農(nóng)業(yè)機(jī)械對板結(jié)土壤耕作效果不理想的原因，本論文開發(fā)設(shè)計(jì)了一種正反旋相結(jié)合的板結(jié)土壤破土旋耕機(jī)械，采用通用農(nóng)業(yè)機(jī)械的動力底盤作為新型板結(jié)土壤旋耕機(jī)械的動力平臺，該裝置正反旋同時作業(yè)且反旋鑿切在前、正旋旋耕在后的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)分析了新型耕作機(jī)械的作業(yè)機(jī)理；基于顯示動力學(xué)分析軟件LS-DYNA，利用三軸實(shí)驗(yàn)獲得的板結(jié)土壤數(shù)據(jù)，采用SPH方法在

5、HP并行計(jì)算平臺上對正反旋的鑿切、旋耕過程進(jìn)行了仿真分析，優(yōu)化了刀具的結(jié)構(gòu)和裝置的運(yùn)行工藝參數(shù)，并對SPH法在土壤耕作中的應(yīng)用提出了一些實(shí)際操作的建議：基于仿真分析的數(shù)據(jù)結(jié)果，設(shè)計(jì)制造了正反旋耕作樣機(jī)，并進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)；
　　 第五章分析了振動減阻的作業(yè)機(jī)理，提出一種以農(nóng)業(yè)機(jī)械模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析為基礎(chǔ)的板結(jié)土壤激振旋耕技術(shù)。闡述了基于LMS.TESTLAB的模態(tài)實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)，介紹了模態(tài)實(shí)驗(yàn)的組成和實(shí)驗(yàn)流程，并對模態(tài)實(shí)驗(yàn)中的被測試件的懸掛

6、、傳感器的布點(diǎn)等進(jìn)行了詳細(xì)的分析。實(shí)驗(yàn)得到幾種典型農(nóng)業(yè)機(jī)械的模態(tài)參數(shù)，在確定被測農(nóng)業(yè)機(jī)械固有頻率的基礎(chǔ)上，應(yīng)用SPH方法對板結(jié)土壤的激振旋耕進(jìn)行仿真分析，研究確定了激振旋耕技術(shù)中涉及到的激振波形、頻率和幅值等控制參數(shù)；
　　 第六章設(shè)計(jì)制造了國內(nèi)第一臺小型農(nóng)業(yè)機(jī)械綜合性能檢測實(shí)驗(yàn)臺（已獲國家發(fā)明專利授權(quán)），該實(shí)驗(yàn)臺主要包括質(zhì)心檢測和作業(yè)輸出兩大模塊，采用電力測功機(jī)和磁粉制動器作業(yè)測功元件，詳細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)方案和工作原理。提

7、出基于三點(diǎn)支撐的質(zhì)心檢測方法，并設(shè)計(jì)制造了一臺等比例縮小的質(zhì)心驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)平臺，對其精度的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。利用該實(shí)驗(yàn)臺檢測了典型農(nóng)機(jī)的質(zhì)心位置和作業(yè)輸出性能，其結(jié)果與計(jì)算機(jī)仿真所得結(jié)果接近；
　　 第七章對全文的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并提出了今后有待深入研究的問題。
　　 本論文針對板結(jié)土壤的破土耕作問題，設(shè)計(jì)出一種正反旋相結(jié)合的板結(jié)土壤破土裝置，在實(shí)驗(yàn)確定板結(jié)土壤特性參數(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用光滑粒子(SPH)法在并行計(jì)算平