仿生深松鏟的設(shè)計與分析.pdf

1、仿生學(xué)概念由提出到在農(nóng)業(yè)機械上的發(fā)展和應(yīng)用越來越迅速，同時受到更多學(xué)者的重視。本文目的是將動物優(yōu)良的土壤挖掘性能應(yīng)用于深松機具的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，以達(dá)到有效的減阻和更好的深松效果。本文在圓弧深松鏟和對動物爪趾的研究上，在不改變制造材料的前提下將土壤洞穴動物高效的挖掘性能應(yīng)用于仿生深松鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計上，并結(jié)合安徽地區(qū)的土壤和機具條件;通過有限元分析和離散元方法驗證仿生深松鏟的設(shè)計合理性，為以后優(yōu)化設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。同時制造出仿生深松鏟實體進(jìn)行田間試

2、驗。開展了一系列研究：
　　(1)分析和建模深松整地機的主要工作部件圓弧形深松鏟，引入仿生生物家鼠爪趾輪廓曲線，應(yīng)用到圓弧形深松鏟鏟柄截面，并依據(jù)優(yōu)化理論設(shè)計一種仿生深松鏟;并對鏟柄和鏟尖受力分析;鏟尖受到的阻力F1為876N，鏟柄受到的阻力F2為256N;
　　(2)針對仿生深松鏟和圓弧形深松鏟的鏟柄和鏟尖分別進(jìn)行了有限元靜力學(xué)分析，通過分析得到仿生深松鏟鏟柄最大變形量為1.35×10-3mm，最大應(yīng)力為4.49MPa。圓

3、弧形深松鏟鏟柄最大變形量1.63×10-3mm，最大應(yīng)力為7.96MPa，均略大于仿生型深松鏟。鏟尖最大變形量為0.91×10-3mm，最大應(yīng)力為2.603MPa。
　　(3)通過有限元(ABAQUS)瞬態(tài)動力學(xué)模塊對仿生深松鏟進(jìn)行分析，載荷施加為速度，運動仿真分析后得到仿生深松鏟鏟柄最大應(yīng)力為36.45MPa，鏟尖最大應(yīng)力103.19MPa;鏟柄最大變形量為0.2639mm，鏟尖最大變形量為0.2868mm;其接觸土壤時所受最大

4、阻力為2176.49N。其分析結(jié)果為后續(xù)試驗制造和優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。
　　(4)針對仿生深松鏟和圓弧深松鏟作業(yè)過程的牽引阻力，在離散元中同一工況（一定的耕作深度、作業(yè)速度）下仿真分析，并通過后處理得到仿生深松鏟的平均作業(yè)阻力為763.04N，圓弧深松鏟的平均阻力為907.41N，結(jié)果表明仿生深松鏟減阻率達(dá)到15.91％;對比發(fā)現(xiàn)，牽引阻力和工作速度的增加成正比。
　　(5)根據(jù)仿生深松鏟的二維圖紙和制造工藝要求，加工出仿生深