压实土壤高速切削振动减阻及其数值仿真研究

浙江省种植园中的土壤普遍存在着粘性大、易板结、难耕作等问题。同时加上机具的碾压和人畜的踩踏,土壤的压实情况相当严重。本文基于振动切削理论和土壤耕作力学,建立土壤切削的动力学模型,研究了土壤振动切削作用对牵引阻力的影响规律,通过正交试验得出最优化的参数组合,设计了振动深耕和振动旋耕机构,分析了机构耕作时运动规律特性和行动轨迹方程,并进行了实验研究。本文的主要工作如下:(1)以南方茶园土壤为对象进行了三轴试验,选取适合的本构模型,建立了关于土壤深耕作用和旋耕作用的刀—土力学模型,研究切削阻力与模型参数之间的关系,分析了振动对力学模型参数的影响。(2)基于LSDYNA软件进行土壤耕作动力学分析,在仿真的基础上与实地耕作结果相比较,验证了仿真与试验的一致性。研究了振动仿真中振动激励参数对切削效果的影响作用。根据正交试验提出了最优化的参数组合,利用数学回归分析推导出了切削阻力和平均扭矩关于振动参数的函数方程式。(3)设计出振动深耕和振动旋耕机具,研究了两种机具的运动规律和参数特性,得出振动机构的运动轨迹方程,提出了振动机构的传动原理和耕作机理。本文针对种植园中小型作业机械功率低、牵引力小、破土难以及长期压实的问题,提出土壤振动切削方法,采用ALE算法仿真分析土壤切削过程,分析了振动参数的影响规律,设计出土壤的振动切削机构,并进行相关验证。