免耕播种机旋耕刀耕作性能分析与结构优化.pdfVIP

第 39 卷 第 2 期 农 业 工 程 学 报 Vol.39 No.2 2023 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2023 1 ·农业装备工程与机械化· 免耕播种机旋耕刀耕作性能分析与结构优化 1 1※ 1 1 1 2 1 3 郝志豪 ，郑恩来 ，李 勋 ，姚昊萍 ，汪小旵 ，钱生越 ，李伟勋 ，朱 敏 （1. 南京农业大学工学院，南京 210031 ；2. 南京市农业装备推广中心，南京 210017 ； 3. 常州汉森机械股份有限公司，常州 213033 ） 摘 要：为预测和评估免耕播种机触土部件的作业性能，有必要建立机具-土壤耦合系统的互作模型。传统模型将散落土 表的秸秆视为刚体，无法模拟真实条件下秸秆的破裂与变形，导致模型的预测精度下降。为克服上述模型不足，该研究 建立一种柔性秸秆模型，构建刀具-秸秆-土壤耦合系统的离散元模型，并通过土槽试验进行模型验证。同时，为解决标 准旋耕刀片的缠绕和壅堵问题，提出一种梯形直刀结构，对比分析了旋耕作业工况下标准刀和梯形直刀作用后秸秆位移、 刀轴扭矩、刀具碎茬与埋茬性能。仿真结果表明，梯形直刀的碎茬和秸秆掩埋性能均优于标准刀，标准刀和梯形直刀作 业后开沟截面形状分别为梯形和三角形，刀轴扭矩呈现三角形冲击峰的形式，梯形直刀的刀轴扭矩大于标准刀情形，而 标准刀的碎土性能优于梯形直刀。在此基础上，以弯折角、侧面角以及刀片高度为设计变量，采用响应面法构建旋耕扭 矩和碎土率的回归方程。基于 NSGA-II 算法对梯形直刀结构进行优化，最佳的结构参数为：弯折角 150°、侧面角 60 °、 刀片高度 88 mm。田间试验结果表明，优化后刀轴的平均扭矩较优化前减少 11.70%，峰值扭矩减少6.28%，碎土率从 82.53% 提高至 89.22%。 关键词：农业机械；离散元；响应面；免耕播种机；触土部件 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.202209196 中图分类号：S222.3 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2023)-02-0001-13 郝志豪，郑恩来，李勋，等. 免耕播种机旋耕刀耕作性能分析与结构优化[J]. 农业工程学报，2023，39(2)：1-13. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.202209196 HAO Zhihao, ZHENG Enlai, LI Xun, et al. Performance analysis of the soil-contacting parts for no-tillage planters and optimization of blade structure[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(2): 1-13. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.202209196 型并通过土槽试验验证了模型的正确性，分析了旋耕刀 0 引 言  的三向阻力变化规律。UCGUL 等[12-16]基于 DEM 分别建 随着长江中下游稻麦轮作制度下秸秆资源化利用需 立了机具-土壤耦合系统的互作模型，分析了耕作阻力、 求日