振动理论在机组及耕作机具设计中的应用研究

近年来，振动理论作为减阻技术应用于土壤耕作愈来愈受到人们重视，如何有效地减小工作阻力和降低能源功耗是其亟需解决的两大难题。本文以应用比较广泛的振动深松铲为重点，采用理论分析与实验研究相结合的方法，阐述了振动方式二维切削土壤的减阻机理。 首先分析了振动深松技术在国内外的研究与应用现状，研究了振动载荷对土壤抗剪强度的影响，得出了振动载荷能使土壤破碎时的最大主应力值降低，振动深松是利用了土体垂直方向加载的破坏强度远小于水平方向加载的破坏强度的特点等结论。对强迫和自激两种主要振动方式进行了运动学分析，研究表明合理选择振动方式和性能参数是使机具达到最佳减阻效果的关键，列举了多种应用广泛的强迫振动机械，分别对偏心轴和弹性元件进行了理论分析和结构设计。 最后设计了详细的实验方案并开展了推土板减阻性能测试实验，提出了利用功率谱分析推土板减阻性能的方法，为振动减阻的研究提供了一条新途径。通过利用Matlab软件中的分析模块，首先对载荷信号进行采样处理，然后根据傅立叶原理，对计数结果实行快速傅立叶变换(FFT)变换，得出了土壤机械阻力的自功率谱图和各方向载荷的主要频率特性。实验结果表明：推土板工作阻力是一低频随机信号，信号频率主要集中在10Hz以内，而影响低频功率谱的主要原因是土壤随机因素。实验还发现，在0Hz存在较高的峰值，说明推土板受力随机过程是高斯随机过程。