基于FEM-SPH耦合的卷辊式耕层残膜回收部件结构优化与试验

S223.5; 针对棉田耕作层内残膜力学性能差及膜土分离困难,残膜拾净率低和回收的残膜含土量高等问题,该研究对卷辊式残膜回收部件进行优化.在分析起膜捡膜工作过程和建立卷辊弹齿与膜土团聚体之间动力学关系的基础上,采用有限元法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合算法,建立卷辊弹齿-膜土团聚体接触计算模型,探究卷辊弹齿与膜土团聚体之间相互作用机理,分析卷辊弹齿接触膜土团聚体后残膜受力程度和土壤扰动程度的变化规律.以卷辊回转半径、弹齿直径、弹齿顶端折弯角为试验因素,以残膜平均峰值应力及土...

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Published in农业工程学报 Vol. 40; no. 10; pp. 55 - 65
Main Authors 张学军, 郭磊, 史增录, 鄢金山, 刘小鹏, 张朝书, 刘蕾
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 新疆智能农业装备重点实验室,乌鲁木齐 830052%新疆农业大学机电工程学院,乌鲁木齐 830052%阿拉尔市天典农机制造有限责任公司,阿拉尔 843300 01.05.2024
新疆农业大学机电工程学院,乌鲁木齐 830052
Subjects
agricultural machinery
residual film recovery
spring teeth
optimization
膜土团聚体
membrane soil agglomerate
优化
FEM-SPH
弹齿
残膜回收
农业机械
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ISSN1002-6819
DOI10.11975/j.issn.1002-6819.202310028

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Summary:S223.5; 针对棉田耕作层内残膜力学性能差及膜土分离困难,残膜拾净率低和回收的残膜含土量高等问题,该研究对卷辊式残膜回收部件进行优化.在分析起膜捡膜工作过程和建立卷辊弹齿与膜土团聚体之间动力学关系的基础上,采用有限元法(finite element method,FEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)耦合算法,建立卷辊弹齿-膜土团聚体接触计算模型,探究卷辊弹齿与膜土团聚体之间相互作用机理,分析卷辊弹齿接触膜土团聚体后残膜受力程度和土壤扰动程度的变化规律.以卷辊回转半径、弹齿直径、弹齿顶端折弯角为试验因素,以残膜平均峰值应力及土壤最大应变为指标开展仿真试验,分析各因素对指标的影响规律并对卷辊弹齿结构参数进行优化,获得卷辊弹齿最优结构参数为:卷辊回转半径100 mm、弹齿直径5 mm、弹齿顶端折弯角42°,此时残膜平均峰值应力为0.120 1 MPa,土壤最大应变为3.7584.为了验证优化后卷辊弹齿的捡拾作业性能,以拾净率和含土率为试验指标进行田间试验,结果表明:机具拾净率为80.34％,含土率为37.13％,与初代研制的样机相比拾净率提升了 8.74个百分点,含土率下降了12.18个百分点,机具作业性能明显提升且试验指标达到设计要求.本文建立的有限元模型可为残膜回收机关键部件的结构优化提供参考.
ISSN:1002-6819
DOI:10.11975/j.issn.1002-6819.202310028