设施园艺旋耕起垄机的设计与匹配研究.docx

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1、设施园艺旋耕起垄机的设计与匹配研究Design and Matching Study of Rotary Tilling Ridger forFacility Agriculture2015年5月随着农业技术的发展，各种适用于温室大棚等以蔬菜生产为主的小型旋耕起垄机得到广泛推广并在设施农业中发挥着重要作用。本文主要以设施园艺用旋耕起垄机为研究对象，设计了能够与电动拖拉机配套的后置三点悬挂式旋耕起垄机，并对其动力性能进行理论分析和匹配试验研究。首先，通过实地调研并结合已有的旋耕起垄机样机，确定了整机方案，进行了旋耕起垄机刀辑的设计，包括耕幅、旋耕速比等参数的计算和关键部件的选型，刀帽的受力分析和

2、刀片的排布等。并完成关键部件和整机的建模和传动系统的选型。其次，利用有限元分析软件ANSYS对旋耕刀片、起垄刀片进行了强度分析和校核，得到刀片应力集中的位置。通过建立旋耕刀馄一土壤模型，用ANSYS/LS-DYNA软件对旋耕刀辐切削土壤的作业过程进行仿真分析，得到旋耕刀馄切削土壤时功率和受力的变化情况。最后，在土槽试验台对样机进行试验，通过分析试验的数据，得出影响旋耕起垄机功耗的因素，主要包括耕深、前进速度和转速。在已有的电动拖拉机基础上进行旋耕起垄机与电动拖拉机空载时的匹配试验，试验结果表明，旋耕起垄机与电动拖拉机在转速和功率上可以实现匹配，同时验证了本文设计的旋耕起垄机的合理性。关键词：设

3、施园艺，旋耕起垄机，整体设计，试验分析AbstractWith the development of agricultural science and technology, applicable to a variety of small ridgetillage machine in the greenhouse, the vegetable production mainly have developed rapidly and playedan important role in the facility agriculture. This paper mainly to hortic

4、ultural facilities with a rotaryridging machine as the object of study design can be matched with the electric tractor, rear three-pointsuspension type rotary cultivation ridger, and theoretical analysis and experimental study on its dynamicperformance.Firstly, through field investigation combined w

5、ith the existing rotary ridging machine prototype,determined the overall plan and completed the rotary tillage ridging machine knife roller designing,including the rotary speed ratio parameters calculation and the key components of the knife roller by thearrangement of the force analysis and blade.

6、And the modeling of the key parts and the whole machineand the design of the drive system are completed.Secondly, the blade stress concentration is obtained by using the finite element analysis softwareANSYS. Through the establishment of a rotary knife roller - soil model, using ANSYS / LS-DYNAsoftw

7、are for rotary blade and cutting soil processes were simulation analysis, obtained the rotary tillagesoil the knife roller cutting power and the change of stress.Finally, in the soil bin test station of the prototype tests are carried out, through the analysis oforthogonal test data, it is concluded

8、 that the influence of ridge tillage machine power factor, mainlyincluding tillage depth and forward speed and speed. According to the existing electric tractor, on thebasis of its made rotary tillage ridging machine and electric tractor when no load matching test. Theexperimental results show that

9、ridge tillage machine and electric tractor can be achieved by matching,and to verify the rationality of the design of the rotary tilling ridger.Keywords: protected horticulture, rotary tillage ridging machine, overall design, test analysisII第一章绪论11.1 研究背景和意义11.2 国内外研究现状11.3 研究内容4第二章旋耕起垄机整体结构及传动系统的设计

10、72. 1整机方案的选择72.1 2旋耕起垄机刀轴总成的设计82.3 传动系统的设计142.4 本章小结17第三章虚拟模型的建立及有限元分析193. 1三维实体建模193.3 关键部件的有限元分析213.4 旋耕刀幅切削土壤动力学分析253. 5本章4（、结30第四章旋耕起垄机的试验与分析314. 1样机315. 2土槽试验316. 3试验过程337. 3试验结果与分析354.4本章小结40第五章总结与建议418. 1总结415.2建议41参考文i献43致谢错误!未定义书签。作者简介错误!未定义书签。in第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景和意义随着我国设施农业技术的不断发展，设施园艺作业逐渐

11、趋向于多样化。一些经济发展较好的地区，由于大量劳动力逐渐由农村转移而来，为保证农产品的供应，仅靠人工劳动力已经不能完全满足设施园艺作业要求“儿传统的柴油拖拉机存在体型庞大、排放污染等缺点闺，在封闭的温室大棚内，尾气排放不仅会危害人体健康，还有可能会威胁到果蔬类作物的食用安全。设施园艺电动拖拉机具有明显的优点，它控制更加精确、驱动系统效率更高、调节方式更为多样化、零废气排放、噪音低、体积小、操作灵活简便，这使得电动拖拉机成为了解决燃油拖拉机所面临各种问题的最佳替代方案E叫对于作业空间封闭狭窄的温室大棚来说，小型设施园艺电动拖拉机的需求将变得日益迫切。经济发达国家的农田作业主要依靠大马力拖拉机完成

12、，1625马力的小型拖拉机主要用于设施农业、庭院经济以及城市公共事业，小型拖拉机用户往往需要拖拉机能够与多种机具配套使用完成旋耕、犁地和短途运输等园艺工作。传统的蔬菜种植起垄方式是采用旋耕机旋耕，再用人丁翻土，特点是：（1）工效低，劳动强度大；（2）起垄宽度不均匀，不方便栽种，不利于蔬菜生长。随着设施农业蔬菜生产的迅猛发展，农民迫切需要一种功能齐全，价格适宜，适应于多种经济作物种植，能够一次完成旋耕、起垄的复式耕整地作业机具。旋耕起垄机就是在旋耕机的基础上改造而成，广泛应用于蔬菜、花卉、烤烟等经济作物的种植中，它具有一次完成旋耕、开沟和起垄作业任务的特点，作业效率高，操作灵活，具备良好的动力和

13、作业性能，不仅节省人力而且还有助于农作物生长，应用前景好，在南方和东北地区都受到广大的欢迎。1.2 国内外研究现状1.2.1 电动拖拉机研究现状国外最早的电动拖拉机出现于19世纪80年代末，电动拖拉机发展的100多年历程，大致可以划分为两个阶段。第一阶段是20世纪70年代以前，该阶段的主要特点是电动拖拉机的电源由电网提供；第二阶段是从20世纪70年代到现在，主要特点是电动拖拉机都是由车载电池提供电源。第一阶段的发展为电动拖拉机技术开辟了先河，奠定了一定的基础，但是由电网提供电源的模式使其发展有很大的局限性，导致电动拖拉机的发展只是短时间内的繁荣。20世纪70年代的能源危机和石油短缺使得包括电动

14、拖拉机在内的电动车辆再一次获得了生机。当时，美国、英国、日本、加拿大和意大利等许多国家纷纷进行电动拖拉机的研制。20世纪70年代，美国General Electric公司推出了 Elec-Trak系列电动拖拉机,如图1-1所示。该系列拖第一章绪论拉机由6组铅酸电池驱动永磁无刷直流电机，其控制器由一系列继电器和电阻器组成，功率从5.9kW到1 IkW不等,质量在227409kg之间，速度在4.814.4km/h之间。该系列电动拖拉机主耍用于草坪修剪作业,充电一次大约能修剪4()46.81蜡的草坪。此外,根据用户需要还可以选配其它农具，如铲雪车、旋耕机、圆形耙、锌式犁、自卸挂车等。该系列拖拉机还配

15、有一旋转转换器，可以产生115V交流电用来驱动其它电动农具。当时,Elec-Trak系列电动拖拉机在美国很流行,受到用户的青睐,有些至今还在使用中。再如加拿大著名的专业电动拖拉机生产厂家Electric Tractor公司生产的Electric Ox电动拖拉机，如图1-2所示，Electric Ox电动拖拉机由6组深放电铅酸蓄电池供电，采用独特的双电机/齿轮箱式动力驱动结构和电子差速器等先进设备，具有制动能量再生功能。该拖拉机悬挂系统功能多样化，可以用来完成割草、清扫和耕地等作业。图1-1 Elec-Trak系列电动拖拉机图1-2 Electric Ox电动拖拉机除General Electric公司之外，当时美国还有其它公司从事电动拖拉机的研发,并有产品推向市场。例如 New Idea 公司的 EGT80、100. 120 和 150 型,Wheel Horse 公司的 E-81 和 E-141 型等。美国Allis-Chalmers公司推出的电动拖拉机采用了燃料电池,共有1008块，功率为14.7kW,该拖拉机的行驶速度通过调节起作用的燃料电池的数量实现。近两年，电动汽车方兴未艾，电动拖拉机一直是研究热