基于微分几何与EDEM的船型开畦沟装置触土曲面优化

作     者：刘晓鹏 张青松 刘立超 魏国粱 肖文立 廖庆喜 LIU Xiaopeng;ZHANG Qingsong;LIU Lichao;WEI Guoliang;XIAO Wenli;LIAO Qingxi

作者机构：武汉轻工大学动物科学与营养工程学院武汉430023 武汉轻工大学湖北省粮油机械工程技术研究中心武汉430023 华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFD0700702、2016YFD020060602) 国家油菜产业技术体系专项(CARS-12) 湖北省丘陵山区主要农作物机械化生产关键技术装备研发与集成示范项目 武汉轻工大学青年教师科研启动基金项目(2019RZ10) 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2019年第50卷第8期

页      码：59-69页

摘      要：针对长江中下游地区油菜种植时土壤黏重板结、含水率波动大、播种作业需开畦沟避免渍害的农艺要求,考虑开沟犁体的触土曲面复杂、难以通过高速数字化土槽及田间试验方法寻求其减阻设计方法和理论依据的问题,采用微分几何理论并结合EDEM仿真方法,开展了驱动圆盘犁对置组合式耕整机开畦沟装置主要触土曲面结构优化研究。通过对主要触土曲面(开畦沟前犁犁体曲面、船式开沟犁整形曲面)牵引阻力分析和曲面参数分析,确定了触土曲面主要结构参数范围。根据微分几何理论,分别建立了能量化描述不同导曲线类型(直线、抛物线、指数曲线)犁体曲面形状变化差异的微分内蕴几何量E、L、M表达式。阻力特性仿真试验结果表明:在作业速度为0.9~1.5 m/s、曲面结构参数一定时,导曲线为抛物线型的开畦沟前犁和船式开沟犁具有较好的减阻特性,其平均牵引阻力相比直线型犁体分别低15.09%、16.92%,相比指数线型犁体分别低32.59%、31.58%。触土曲面的内蕴几何量E、L、M可分别反映犁体阻力随速度的增长速率、犁体牵引阻力大小、犁体阻力随速度的波动程度。当设计犁体的导曲线形状使曲面内蕴几何量E的变化率较小、L为单调减函数、M的波动较小时,犁体具有较好的减阻性能。参数优化仿真试验表明:在作业速度为1.2 m/s、抛物线型开畦沟前犁宽度为92 mm、船式开沟犁整形曲面最大元线角为66°时,开畦沟装置牵引阻力最小,为1 042.52 N。田间试验表明:经参数优化的组合式船型开畦沟装置在作业速度为0.9、1.2、1.5 m/s时测试的平均牵引阻力分别为956.77、1 101.33、1 564.85 N,与仿真试验结果误差在7%以内,作业效果满足油菜播种开畦沟的农艺要求。

主 题 词：开畦沟装置 触土曲面 结构优化 微分几何 内蕴几何量 

学科分类：0828[工学-建筑类] 08[工学] 

核心收录：

D　O　I：10.6041/j.issn.1000-1298.2019.08.007

馆 藏 号：203727415...