丘陵山區(qū)果園立式單軸開溝施肥機的研究.pdf

1、開溝施顆粒肥料是果園施肥的主要方式，是提高水果產(chǎn)量和質量的重要措施。目前這一工作在我國丘陵山區(qū)果園主要依靠人工完成，其機械化水平低已經(jīng)成為制約我國水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素。
　　針對這一問題，本文研制了一款適合我國丘陵山區(qū)作業(yè)的果園開溝施肥機，主要研究內(nèi)容如下：
　　從丘陵山區(qū)果園的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)效率考慮，提出開溝施肥機采用井字形開溝，一次作業(yè)完成開溝、施肥兩項工藝過程的作業(yè)方式。根據(jù)果園開溝施肥的農(nóng)藝要求，提出果園開溝施肥機

2、開溝深度大于250mm，寬度小于500mm等相關的設計參數(shù)并初步設計了立式單軸果園開溝施肥機，該機開溝部件采用刀片組合立式旋轉刀具與清溝犁配合進行開溝作業(yè)，施肥裝置采用ZGB37R小型電機驅動。為提高機具利用率，初步選擇1WG6.3型微耕機作為開溝施肥機的動力機械。
　　在滿足農(nóng)藝要求的基礎上，為降低機具作業(yè)功耗和提高機具研發(fā)效率，通過數(shù)學計算和理論分析建立了土壤質點在刀片上的運動學和動力學模型，運用FEM-SPH數(shù)值耦合方法對旋

3、轉刀具切削土壤的過程進行數(shù)值模擬，結果表明：在旋轉刀具轉速為26rad/s，刀片折彎角為22°的情況下旋轉刀具切削土壤平均功耗為2.080kW；運用扭矩—轉速測量平臺對旋轉刀具切削土壤進行試驗，得到旋轉刀具切削土壤平均功耗為2.172kW，與數(shù)值模擬結果的相對誤差為4.42%。在誤差允許范圍內(nèi)表明采用FEM-SPH數(shù)值耦合方法對旋轉刀具切削土壤進行數(shù)值模擬是可行的，為旋轉刀具的優(yōu)化設計奠定了基礎。
　　以對切削土壤功耗影響明顯的旋

4、轉刀具轉速和刀片的折彎角為試驗因子，設計二元二次回歸正交組合試驗，運用FEM-SPH數(shù)值耦合方法對回歸正交組合試驗進行數(shù)值模擬研究，建立旋轉刀具切削土壤功耗與旋轉刀具轉速和刀片折彎角的回歸方程。運用MATLAB工具箱建立回歸方程的數(shù)學優(yōu)化模型并對旋轉刀具轉速和刀片折彎角進行優(yōu)化。優(yōu)化結果表明：在旋轉刀具轉速為20.3rad/s，刀片折彎角為20.7°時，旋轉刀具切削土壤平均功耗最小為1.721kW。
　　運用FEM-SPH數(shù)值耦合

5、方法對優(yōu)化后的旋轉刀具切削土壤進行數(shù)值模擬，結果表明：優(yōu)化后的旋轉刀具切削土壤平均功耗為1.684kW，與優(yōu)化結果相對誤差為2.15%。運用轉速—扭矩測量平臺對優(yōu)化后的旋轉刀具進行試驗，結果表明：優(yōu)化后的旋轉刀具切削土壤平均功耗為1.831kW，與優(yōu)化結果相對誤差為6.39%。在誤差允許范圍內(nèi)，數(shù)值模擬和試驗結果均表明優(yōu)化具有較高的準確性。根據(jù)優(yōu)化結果完成對旋轉刀具的優(yōu)化設計，優(yōu)化后的旋轉刀具與初始設計相比切削土壤功耗降低15.70%，

6、優(yōu)化效果比較明顯。
　　運用Ansys-Workbench對旋轉刀具的立軸和刀片進行有限元靜態(tài)分析，結果表明：立軸和刀片均能夠滿足設計和作業(yè)要求，可靠性好。
　　在以上基礎上完成立式單軸果園開溝施肥機的設計與優(yōu)化并完成樣機的制作，以1WG6.3型微耕機作為動力機械進行田間試驗。結果表明：該立式單軸果園開溝施肥機匹配1WG6.3型微耕機的田間作業(yè)性能滿足設計要求和農(nóng)藝要求；能夠在丘陵山區(qū)果園的狹窄環(huán)境中正常作業(yè)，平均開溝深度在