蔗葉還田機(jī)柔性刀工作過(guò)程仿真研究.pdf

1、本文以第二代蔗葉柔性刀切斷還田機(jī)為研究對(duì)象，基于LS-DYNA有限元分析軟件，運(yùn)用ALE算法對(duì)蔗葉還田機(jī)柔性刀的工作過(guò)程進(jìn)行了流固耦合的仿真運(yùn)算。主要是針對(duì)不同的刀輥工作方式在工作過(guò)程中引起的自激風(fēng)場(chǎng)的變化規(guī)律、蔗葉切斷過(guò)程以及蔗葉切斷過(guò)程中對(duì)甘蔗宿根的影響等展開仿真研究，并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證，檢驗(yàn)仿真的有效性，為蔗葉還田機(jī)刀輥和導(dǎo)流罩的進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。
　　（1）開展了刀輥的不同工作方式下自激風(fēng)場(chǎng)的仿真分析以及風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速試驗(yàn)

2、。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的對(duì)比分析，優(yōu)選出兩個(gè)刀輥同向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和主刀輥?lái)槙r(shí)針從刀輥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)等兩種工作方式。兩個(gè)刀輥同向旋轉(zhuǎn)的工作方式下，氣流的運(yùn)動(dòng)主要集中在柔性刀的運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)，兩個(gè)刀輥形成的氣流在兩個(gè)刀輥之間區(qū)域交匯，形成一個(gè)氣流交匯面，并伴隨有渦流的形成，導(dǎo)流罩兩個(gè)出風(fēng)口區(qū)域和兩個(gè)刀輥之間地面附近的氣流變化最規(guī)律，氣流在導(dǎo)流罩左出風(fēng)口和兩個(gè)刀輥之間區(qū)域朝左上方向運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)流罩右出風(fēng)口朝右上方向運(yùn)動(dòng)。主刀輥?lái)槙r(shí)針從刀輥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的工作方式下

3、，兩個(gè)刀輥形成的氣流在兩個(gè)刀輥之間的導(dǎo)流罩頂部附近區(qū)域交匯，氣流相互沖擊發(fā)生削弱，氣流交匯后向下運(yùn)動(dòng)，氣流到達(dá)地面后強(qiáng)度已減小，近地面的風(fēng)速值在刀輥的所有工作方式中最小，氣流變化在導(dǎo)流罩左右兩個(gè)出風(fēng)口最規(guī)律，在導(dǎo)流罩左出風(fēng)口區(qū)域氣流運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樽笊戏较?，在?dǎo)流罩右出風(fēng)口區(qū)域氣流運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛疑戏较颉Ｍ瑫r(shí)，采用熱線式風(fēng)速儀對(duì)地面附近區(qū)域的兩個(gè)刀輥之間區(qū)域和導(dǎo)流罩左右出風(fēng)口進(jìn)行測(cè)量。將仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，兩者雖然存在較大的差值，但是變化趨勢(shì)

4、相似，仿真結(jié)果具備一定的合理性。
　　（2）開展了蔗葉還田機(jī)的切葉過(guò)程仿真研究，并使用高速攝影設(shè)備對(duì)切葉過(guò)程進(jìn)行了拍攝。通過(guò)對(duì)兩個(gè)刀輥同向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)和主刀輥?lái)槙r(shí)針從刀輥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)工作方式下蔗葉切斷過(guò)程仿真結(jié)果的對(duì)比分析，得到主刀輥?lái)槙r(shí)針從刀輥逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的工作方式是最優(yōu)的，在此工況下，蔗葉被切斷后會(huì)向?qū)Я髡肿笥覂蓚€(gè)出風(fēng)口運(yùn)動(dòng)并排出，但是也存在蔗葉排出受阻，會(huì)被柔性刀帶入導(dǎo)流罩內(nèi)引起纏繞的問(wèn)題。同時(shí)，使用高速攝影設(shè)備對(duì)刀輥不同工作方式

5、的切葉過(guò)程進(jìn)行了試驗(yàn)，觀察到了與仿真類似的蔗葉切斷后的運(yùn)動(dòng)情況，驗(yàn)證了仿真的有效性。
　　（3）開展了蔗葉切斷過(guò)程中柔性刀對(duì)甘蔗宿根影響情況的仿真研究。仿真結(jié)果表明：蔗皮的最大應(yīng)力值為2.68 MPa，蔗芯的最大應(yīng)力值為0.57 MPa，所受應(yīng)力小于甘蔗基部材料的壓縮強(qiáng)度，柔性刀不會(huì)造成甘蔗宿根破頭等傷害。最后，通過(guò)土壤應(yīng)力傳感器采集到柔性刀擊打地面的應(yīng)力參數(shù)，并提取仿真土壤模型中對(duì)應(yīng)位置單元的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)了仿真模結(jié)果的