基于动力学仿真的犁曲面工作性能影响因素研究

犁的工作性能好坏,即其翻土和碎土性能的好坏,主要由犁曲面的形状决定。因此,通过对影响犁曲面工作性能(牵引阻力和翻垡性能)的因素进行深入研究,找出其中的影响规律,为犁曲面的设计提供了理论依据,具有重要的实用价值。 研究采用数学软件MathCAD建立翻土型犁曲面的数学模型,利用显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了犁曲面—土壤系统显式动力分析的仿真模型,并通过物理样机试验验证了模型。采用二次回归正交旋转设计的试验方法进行了仿真试验,制定了犁曲面翻垡性能指标的判定标准,通过对试验数据的分析,分别建立了试验因素(导曲线高度与开度比、导曲线两端点切线夹角、切土角、耕作速度、最大铧刃角和最小铧刃角)与牵引阻力和翻垡性能之间的回归数学模型,分析了各因素及其交互作用对牵引阻力和翻垡性能的影响规律;初步探讨了各因素及交互作用的影响机理,得出切线夹角大时有利于减小牵引阻力,增强翻垡性能的结论。通过对试验因素在切线夹角最大时进行优化,获得了综合优化因素的最优组合为:导曲线高度与开度比1.64,切土角24.85°,耕作速度2.04m/s,最大铧刃角50.48°,最小铧刃角32.79°。综合优化的较优组合下,犁耕牵引阻力为4.40kN、翻垡性能指标达到8.0。