基于離散元法的免耕播種開溝器的設計與試驗.pdf

1、播種開溝器作為免耕播種機的核心工作部件之一，其性能好壞直接影響種溝的形成及種子入土的位置，對種子的發(fā)芽成長具有十分重要的影響。免耕播種要求盡量減少工作阻力、同時降低對土壤的擾動，防止破壞土壤結(jié)構(gòu)。因此，對免耕播種開溝器工作時受到的工作阻力及其對土壤擾動情況進行深入研究具有十分重要的意義。
　　本文以免耕播種開溝器和耕層土壤為研究對象，測試分析了土壤的力學性能參數(shù)，設計了三種不同類型的開溝器，運用離散元法對開溝器工作時受到的工作阻力

2、及其對土壤擾動情況進行了仿真分析，并將仿真結(jié)果與室內(nèi)土槽試驗結(jié)果進行了對比分析。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)對土壤的物理力學性質(zhì)進行測試，得到了土壤的物理力學參數(shù)，包括土壤含水率、密度、內(nèi)摩擦系數(shù)等。
　　(2)對開溝器進行了設計。根據(jù)旗魚頭部的流線型曲線，采用曲線擬合原理設計了擬合曲線型開溝器，確定了開溝器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中入土角為30°，入土隙角為6°，又將擬合曲線簡化為圓弧和斜線，設計出圓弧形開溝器和斜線型開溝器，并對

3、三種類型開溝器進行了三維建模。
　　(3)對設計的三種類型開溝器進行離散元仿真分析。首先，建立了適合粘濕土壤顆粒的接觸力學模型，對土壤顆粒參數(shù)進行了校準，包括顆粒形狀大小、顆粒密度等;其次，確定了三種開溝器的仿真方案，并進行離散元仿真;最后，分析了三種開溝器受到的工作阻力及其對土壤顆粒的擾動情況。仿真結(jié)果表明:綜合因素條件下，三種開溝器的工作阻力隨土壤含水率的增加而增大，隨著開溝深度增加而增大，開溝器的前進阻力在21～106N之間

4、，垂直反力在10～35N之間，開溝器的擾動寬度在140～220mm之間，回土深度在17～80mm之間。
　　(4)進行了三種類型開溝器的土槽試驗。測試了三種開溝器在不同土壤含水率和開溝深度下的工作阻力，以及各因素下開溝器對土壤的擾動寬度、回土深度等參數(shù)。試驗結(jié)果表明:綜合因素條件下，三種開溝器的工作阻力隨土壤含水率的增加而增大，隨著開溝深度增加而增大，三種開溝器的前進阻力在26～125N之間，垂直反力在13～42N之間，開溝器的擾

5、動寬度在240～360mm之間，回土深度在13～79mm之間。
　　通過對試驗結(jié)果與仿真結(jié)果進行對比分析，得出三種開溝器工作阻力的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的變化趨勢基本一致，證明了離散元法分析開溝器在土壤中工作過程的可行性，對比分析結(jié)果表明:土壤含水率為12％條件下，以開溝深度為影響因素，開溝深度為30mm時的開溝器工作阻力結(jié)果對比誤差在20％～35％之間，開溝深度為60mm時的對比誤差在14％～19％之間，開溝深度為90mm時的對比誤