基于相似法的双螺旋旋耕埋草刀辊动力学特性试验研究

【摘要】双螺旋旋耕埋草刀辊是船式旋耕埋草机的核心工作部件,降低其功率功耗是提高船式旋耕埋草机工作性能的关键。前期本研究团队已对双螺旋刀辊对水田土壤的切削过程进行了持续的理论与试验研究,迄今为止,双螺旋刀辊的关键部件横刀对水田土壤切削过程中的动力学特性仍需进一步明确阐述。已有试验研究表明,双螺旋旋耕埋草刀辊的结构参数、运动参数对整机的功率消耗和工作效果影响显著,本文以直线刃横刀和旋耕埋草刀辊为研究对象,以切削阻力和切土扭矩为评价指标探究了其动力学规律。主要研究内容及结果如下：(1)原状水田土壤切削试验。利用直线型横刀对原状水田土壤进行了切削试验。单因素试验结果表明：在浸泡时间为12h-36h范围内,土壤切削阻力随浸泡时间的增大出现先增大后减小的趋势,在24h附近取得最大值；土壤切削阻力随切削速度的增大而增大；随刀片纵向长度增加、秸秆量增多,土壤切削阻力增大。以浸泡时间、刀片纵向长度、秸秆量、切削速度为影响因素选取L1645正交表开展的正交试验结果表明：上述因素对土壤切削阻力的影响程度为浸泡时间>刀片纵向长度>秸秆量>切削速度。(2)模型刀辊三坐标反求试验。基于相似原理设计并制作了与原型比例为1：2的旋耕埋草模型刀辊,为检验刀辊是否存在制造误差,基于逆向工程技术,以模型刀辊的横刀组为对象开展了三维形状的重构研究。以端面横刀侧平面为基准平面,利用FD-Y685型三坐标测量机对螺旋横刀组进行了扫描,利用CATIAV5软件对所获取的云图进行了导入和过滤处理,借助MATLAB软件以过滤后的云图测量数据为依据对横刀刃口螺旋线进行了反求,结果表明：横刀刃口螺旋线上各测量点与对应理论反求点之间距离最大值为6.016mm、最小值为0.624mm、平均值为3.243mm；各测量点与对应反求点间最大伸长率5.2%,最小伸长率0.6%,平均伸长率3.6%。三维逆向重构作为一种先进的高精度测量技术可用于对农业装备形状的精确测量、反求与重构。(3)模型刀辊室内土槽试验。基于LabVIEW技术设计并搭建了模型刀辊实时工作功率、转速和扭矩的虚拟仪器测试系统,利用该系统以土壤含水率、耕深、前进速度、刀辊转速为影响因素对模型刀辊开展了室内土槽试验。以土壤含水率、耕深、前进速度、刀辊转速为影响因素选取L1837正交表开展的正交试验结果表明：上述因素对刀辊切土扭矩值的影响大小为土壤含水率>耕深>前进速度>刀辊转速；以模型刀辊切土扭矩为评价指标,以前进速度(x1)、刀辊转速(x2)、耕深(x3)三因素进行的一次回归正交试验结果表明,耕深(x3)对试验指标有极显著的影响,建立的线性方程为y=-1.045+0.132×3(p<0.01)。
【作者】卢元爽；
【导师】张国忠；
【作者基本信息】华中农业大学，农业机械化工程，2013，硕士
【关键词】螺旋刀辊；土壤切削；模型试验；功率；秸秆还田；

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