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旋耕—碎茬仿生刀片

作　者: 汲文峰
导　师: 佟金；贾洪雷
学　校: 吉林大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 旋耕-碎茬通用刀片仿生鼹鼠爪趾功率消耗
分类号: S222.3
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 363次
引　用: 7次
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内容摘要

土壤洞穴动物鼹鼠具有极高的掘土效率,其爪趾的几何结构为触土部件几何形状及力学性能的优化提供了学习对象。目前国内外旋耕或碎茬作业单机居多,若在同一机具上完成两种作业则需采用两个刀辊、两种刀片及两套耕作刀片固定部件,增加了机器成本。为实现旋耕-碎茬机具的通用,在耕作质量满足后续农艺要求的前提下,达到机具节能增效的目标,本研究工作以鼹鼠爪趾为仿生原型,综合运用农机具设计方法及仿生技术,进行旋耕-碎茬通用刀片和旋耕-碎茬仿生刀片的设计及试验研究。利用逆行工程和快速成型技术,加工出鼹鼠爪趾实体模型,考察其爪趾几何结构和排列方式对切挖性能的影响;通过对旋耕、碎茬作业中刀片运动参数和旋耕刀、碎茬刀主要结构参数的分析,在宽型旋耕刀和L型碎茬刀基础上设计出9种不同结构参数组合的旋耕-碎茬通用刀片;以功率消耗为评价指标,在室内土槽对设计出的旋耕-碎茬通用刀片分别进行旋耕和碎茬试验,确定通用刀片结构参数优化组合;以前进速度、刀辊转速及作业耕深为试验因素,并考虑刀辊转速与作业耕深之间的交互作用,安排土槽试验考察上述工作参数对功率消耗的影响;在土槽中分别进行旋耕-碎茬通用刀片与国标旋耕刀的旋耕对比试验及通用刀片与常见碎茬刀的碎茬对比试验,并进行田间试验以考察通用刀片的作业质量;而后应用鼹鼠爪趾几何结构于旋耕-碎茬通用刀片正切面结构设计,设计出9种旋耕-碎茬仿生刀片,通过土槽试验遴选出具有优化仿生结构的仿生刀片,进行旋耕-碎茬仿生刀片和旋耕-碎茬通用刀片的对比试验;对安装不同刀片(旋耕-碎茬仿生刀片、国标旋耕刀及常见碎茬刀)的耕整机进行功率消耗电测,对比安装不同刀片时机具的功率消耗和作业质量;利用JMM转盘式磨料磨损试验机模拟田间试验条件,进行旋耕-碎茬仿生刀片的耐磨性研究。上述研究工作为实现旋耕-碎茬作业的通用,以及驱动型耕作机具关键部件的优化设计提供了技术参考,具有实际应用价值。

全文目录

提要  6-11
第一章绪论  11-22
  1.1 立题意义  11-12
  1.2 土壤洞穴动物鼹鼠  12-13
    1.2.1 鼹鼠的生物学特征  12
    1.2.2 鼹鼠研究现状  12-13
  1.3 旋耕机  13-17
    1.3.1 旋耕机分类  14-15
    1.3.2 旋耕刀片  15-17
  1.4 碎茬机  17-19
    1.4.1 碎茬机分类  17-18
    1.4.2 碎茬刀片  18-19
  1.5 旋耕碎茬机  19-20
  1.6 本论文工作的主要研究内容  20-22
第二章鼹鼠栖息地土壤参数及其爪趾切挖性能研究  22-36
  2.1 鼹鼠栖息地土壤参数的测定  22-24
  2.2 基于鼹鼠爪趾的模型样件快速成型加工  24-27
  2.3 鼹鼠爪趾切挖性能试验  27-35
    2.3.1 试验设备  27-30
    2.3.2 传感器标定  30-31
    2.3.3 试验方法  31-32
    2.3.4 结果与分析  32-35
  2.4 本章小结  35-36
第三章旋耕-碎茬通用刀片设计及加工  36-48
  3.1 旋耕和碎茬作业运动参数  36-43
    3.1.1 刀片运动分析  36-39
    3.1.2 刀片速比λ  39-40
    3.1.3 耕作深度H  40-41
    3.1.4 切土节距S  41-42
    3.1.5 沟底凸起高度H_c  42-43
  3.2 旋耕-碎茬通用刀片设计  43-45
    3.2.1 旋耕-碎茬通用刀片设计基础  43-44
    3.2.2 旋耕-碎茬通用刀片结构参数分析  44-45
    3.2.3 旋耕-碎茬通用刀片初步设计  45
  3.3 旋耕-碎茬通用刀片加工  45-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章旋耕-碎茬通用刀片土槽试验研究  48-69
  4.1 材料与方法  48-53
    4.1.1 试验设备  48-49
    4.1.2 试验准备  49-53
  4.2 旋耕-碎茬通用刀片结构参数试验研究  53-55
    4.2.1 试验方案  53
    4.2.2 试验条件  53-54
    4.2.3 旋耕试验结果与分析  54
    4.2.4 碎茬试验结果与分析  54-55
  4.3 旋耕-碎茬通用刀片工作参数试验研究  55-65
    4.3.1 试验方案  56
    4.3.2 试验条件  56-57
    4.3.3 旋耕试验结果与分析  57-62
    4.3.4 碎茬试验结构与分析  62-65
  4.4 对比试验研究  65-68
    4.4.1 旋耕对比试验1  65-66
    4.4.2 旋耕对比试验2  66-67
    4.4.3 碎茬对比试验  67-68
  4.5 本章小结  68-69
第五章旋耕-碎茬通用刀片田间试验研究  69-80
  5.1 试验设备和仪器  69-70
    5.1.1 试验设备  69
    5.1.2 1GFZ-2 型仿生智能耕整机  69-70
  5.2 试验方法  70-73
    5.2.1 平行四边形取点法  70-71
    5.2.2 耕深差值法  71
    5.2.3 测试项目及方法  71-73
  5.3 试验地情况  73-76
  5.4 试验结果与分析  76-79
    5.4.1 旋耕作业  77-78
    5.4.2 碎茬作业  78-79
  5.5 本章小结  79-80
第六章旋耕-碎茬仿生刀片设计和试验研究  80-98
  6.1 旋耕-碎茬仿生刀片设计  80-82
  6.2 旋耕-碎茬仿生刀片土槽试验研究  82-89
    6.2.1 试验准备  82
    6.2.2 试验方法  82-83
    6.2.3 土槽试验  83-89
  6.3 对比试验研究  89-91
    6.3.1 旋耕试验  89-90
    6.3.2 碎茬试验  90-91
  6.4 旋耕-碎茬仿生刀片田间试验研究  91-97
    6.4.1 试验地情况  92-94
    6.4.2 测试项目及方法  94-95
    6.4.3 试验结果与分析  95-97
  6.5 本章小结  97-98
第七章旋耕-碎茬仿生刀片田间电测试验研究  98-113
  7.1 扭矩的电测  98-99
    7.1.1 扭矩测试原理  98-99
    7.1.2 扭矩测量信号的传输  99
  7.2 电测准备  99-107
    7.2.1 应变片的粘贴  99-102
    7.2.2 测试系统  102-104
    7.2.3 电阻式扭矩传感器的标定  104-105
    7.2.4 试验地情况  105-107
  7.3 测试项目及方法  107-108
  7.4 试验结果与分析  108-112
    7.4.1 旋耕试验  108-110
    7.4.2 碎茬试验  110-112
  7.5 本章小结  112-113
第八章旋耕-碎茬仿生刀片磨料磨损试验研究  113-121
  8.1 材料与方法  113-116
    8.1.1 试验原理  113-114
    8.1.2 试验设备  114
    8.1.3 试验材料  114-115
    8.1.4 试验方法  115-116
  8.2 试验结果与分析  116-120
    8.2.1 质量磨损量  116-117
    8.2.2 尺寸磨损量  117-120
    8.2.3 综合质量和尺寸磨损量  120
  8.3 本章小结  120-121
第九章结论与展望  121-123
  9.1 结论  121-122
  9.2 展望  122-123
参考文献  123-132
攻读博士期间发表论文及参加科研项目情况  132-133
致谢  133-134
摘要  134-136
Abstract  136-140
导师及作者简介  140-150

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