免耕播种机缺口圆盘刀设计与试验

保护性耕作主要通过作物残茬覆盖表面,而这对作物播种作业的播种机器要求高,否则会发生堵塞现象,影响作物播种质量,严重时影响作物产量。针对保护性耕作的播种困难问题,对东北免耕播种机的防堵技术进行研究,设计出一种缺口圆盘刀,对缺口圆盘刀进行静力学分析,同时进行离散元分析,并以工作参数为研究对象,获得最优的工作性能使其能提升免耕播种机在保护性耕作的作业性能。主要研究内容和结论如下:1)对缺口圆盘刀进行了结构设计。根据增加切割根茬能力,切断秸秆,降低土壤扰动的原则,设计了新型缺口圆盘刀,确定了圆盘刀结构参数。2)对圆盘刀常见工作环境下土壤的物理特性进行测定,包括土壤含水率;土壤容重;平均土壤坚实度。建立了土壤颗粒的离散元模型及开沟器的离散元仿真分析参数。3)采用ANSYS Workbench对新型缺口圆盘刀进行静力学分析,建立了三维仿真模型,并进行网格划分,施加边界条件(约束和载荷),获得了静力学分析结果:最大应力值为31MPa,最小应力值为219.3 Pa,两个值均远小于缺口圆盘刀的材料为65Mn的屈服极限值430MPa,通过校准,确定新型缺口圆盘刀的结构强度满足设计要求。4)探讨了利用离散元法进行缺口圆盘刀工作过程的可行性,选择合适的土壤与圆盘刀、土壤颗粒与土壤颗粒之间的接触模型,生成一定量的土壤颗粒,选择合适的瑞利时间步,研究了作业深度为80 mm,工作速度为4 km/h的工况下,缺口圆盘刀的作业过程。5)对缺口圆盘刀进行试验研究。通过影响圆盘刀作业性能的因素分析,确定了以工作速度、工作深度作为试验因素,来研究对工作阻力试验指标的影响;通过组合试验得到了数学模型;利用SPSS软件对试验结果进行优化分析,以最小前进阻力作为优化目标,确定最优工作组合为作业速度7 km/h和工作深度为80 mm。