在中國(guó)北方地區(qū)，農(nóng)民習(xí)慣把殘留在地表的作物根茬挖掘出來(lái)并就地焚燒，這種根茬處理方式不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且嚴(yán)重污染環(huán)境。因此，研究設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單高效的根茬切割工具不僅能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)效率也滿足了保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面的需求。本文基于對(duì)螳螂前足結(jié)構(gòu)特征的研究，設(shè)計(jì)了幾種仿生切茬刀片，并利用有限元建模方法和實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量來(lái)分析其切茬性能。長(zhǎng)期以來(lái)，土壤耕作作為農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中的熱點(diǎn)，一直備受專家學(xué)者的關(guān)注。實(shí)質(zhì)上，任何一個(gè)耕種的操作過(guò)程都可以視為工件切削和粉碎土壤的過(guò)程，而耕作阻力的大小主要取決于耕作部件的形狀、土壤質(zhì)地與作業(yè)方式。在實(shí)際研究中，幾乎所有用于田間作業(yè)的土壤切削工具的設(shè)計(jì)和改良都是依靠大量的田間試驗(yàn)經(jīng)反復(fù)摸索得到的。解決合理化建模的問(wèn)題即可減少甚至取代繁瑣耗時(shí)、花費(fèi)高昂的田間試驗(yàn)。而有限元分析方法在建模分析這一方面展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)，只要能夠選擇出一個(gè)合適的本構(gòu)關(guān)系來(lái)描述土壤材料，并對(duì)某一耕作工具的形狀和非線性接觸關(guān)系建立計(jì)算機(jī)模型，就可以對(duì)該耕作部件的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬。本工作建立了一個(gè)計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)模型，通過(guò)有限元分析方法計(jì)算分析旋耕作業(yè)中常用的切土部件—L型直刀的工作阻力。將旋轉(zhuǎn)... 

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【文章頁(yè)數(shù)】：148 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

旋耕刀、圓犁刀和L型直刀

圖 1.3 旋耕刀、圓犁刀和 L 型直刀旋耕刀、圓犁刀，雖然能起到一定的除茬作用，但其除茬率較低，功耗稍大；而 型碎茬刀主要是依靠高速旋轉(zhuǎn)以打擊粉碎根茬為主要方式，切割為輔助形式，因此刀刃的鋒利程度并無(wú)太高要求[28]，目前國(guó)內(nèi)的除茬作業(yè)普遍采用這種單面刀刃的 L碎茬刀。刀具多由厚 6~7mm 的 65 Mn 鋼制成，刀輥轉(zhuǎn)速多為 380r/min 或以上，轉(zhuǎn)速低會(huì)對(duì)作業(yè)質(zhì)量造成不利影響。圓盤(pán)耙與圓盤(pán)犁的形狀近似，是一個(gè)凹面的圓盤(pán)。在工作中，圓盤(pán)與前進(jìn)方向呈定角度滾動(dòng)，圓盤(pán)前進(jìn)時(shí)，前沿的刃口切入土壤，后方的凹面會(huì)帶著土垡朝著后上向運(yùn)動(dòng)，并令土垡破碎翻轉(zhuǎn)。圓盤(pán)部件的刃口切割能力強(qiáng)，在多草根的土中不容易堆堵塞。并且由于圓盤(pán)是滾動(dòng)前進(jìn)，受到的阻力較小。缺點(diǎn)是圓盤(pán)的重量比較大，便做成懸掛式。圖 1.4 為兩種常見(jiàn)的圓盤(pán)形式[26,27]。

圖 1.5 缺口圓盤(pán)刀的根茬切斷原理1.3有限元方法在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用有限元方法是一項(xiàng)功能非常強(qiáng)大的數(shù)值技術(shù)，可用來(lái)解決諸多領(lǐng)域內(nèi)復(fù)雜的工程問(wèn)題，如汽車車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[29-32]、齒輪傳動(dòng)的接觸分析[33-35]、土木工程中的變形問(wèn)題[36-39]，甚至于生物體的力學(xué)行為與醫(yī)學(xué)方面的分析[40,47]。有限元方法提供了一種處理復(fù)雜事物相關(guān)聯(lián)問(wèn)題的可能性，這種求解的可能性是一般解析方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的[48]。并且，有限元方法特別善于處理包含幾何和材料的非線性問(wèn)題即描述物理的或者生物的非線性現(xiàn)象的情況。而大多數(shù)的土壤與機(jī)具及土壤與作物之間的接觸問(wèn)題都會(huì)涉及到材料和幾何的非線性，有限元方法的出現(xiàn)為分析和解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土壤的變形問(wèn)題以及相關(guān)的耕作接觸問(wèn)題提供了新的解決方案，且能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬來(lái)代替復(fù)雜耗時(shí)的實(shí)際試驗(yàn)。近幾十年，隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的飛速發(fā)展與運(yùn)算速度的不斷提高，利用有限元方法分析土壤變形問(wèn)題的研究已廣泛在各國(guó)學(xué)者中開(kāi)展起來(lái)[49]：

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3216383