蔗葉還田機柔性刀工作過程仿真研究.pdf

1、本文以第二代蔗葉柔性刀切斷還田機為研究對象，基于LS-DYNA有限元分析軟件，運用ALE算法對蔗葉還田機柔性刀的工作過程進行了流固耦合的仿真運算。主要是針對不同的刀輥工作方式在工作過程中引起的自激風場的變化規(guī)律、蔗葉切斷過程以及蔗葉切斷過程中對甘蔗宿根的影響等展開仿真研究，并進行了相關(guān)的試驗驗證，檢驗仿真的有效性，為蔗葉還田機刀輥和導(dǎo)流罩的進一步優(yōu)化提供依據(jù)。
　　（1）開展了刀輥的不同工作方式下自激風場的仿真分析以及風場風速試驗

2、。通過對仿真結(jié)果的對比分析，優(yōu)選出兩個刀輥同向順時針旋轉(zhuǎn)和主刀輥順時針從刀輥逆時針旋轉(zhuǎn)等兩種工作方式。兩個刀輥同向旋轉(zhuǎn)的工作方式下，氣流的運動主要集中在柔性刀的運動平面內(nèi)，兩個刀輥形成的氣流在兩個刀輥之間區(qū)域交匯，形成一個氣流交匯面，并伴隨有渦流的形成，導(dǎo)流罩兩個出風口區(qū)域和兩個刀輥之間地面附近的氣流變化最規(guī)律，氣流在導(dǎo)流罩左出風口和兩個刀輥之間區(qū)域朝左上方向運動，在導(dǎo)流罩右出風口朝右上方向運動。主刀輥順時針從刀輥逆時針旋轉(zhuǎn)的工作方式下

3、，兩個刀輥形成的氣流在兩個刀輥之間的導(dǎo)流罩頂部附近區(qū)域交匯，氣流相互沖擊發(fā)生削弱，氣流交匯后向下運動，氣流到達地面后強度已減小，近地面的風速值在刀輥的所有工作方式中最小，氣流變化在導(dǎo)流罩左右兩個出風口最規(guī)律，在導(dǎo)流罩左出風口區(qū)域氣流運動方向為左上方向，在導(dǎo)流罩右出風口區(qū)域氣流運動方向為右上方向。同時，采用熱線式風速儀對地面附近區(qū)域的兩個刀輥之間區(qū)域和導(dǎo)流罩左右出風口進行測量。將仿真數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)對比，兩者雖然存在較大的差值，但是變化趨勢

4、相似，仿真結(jié)果具備一定的合理性。
　?。?）開展了蔗葉還田機的切葉過程仿真研究，并使用高速攝影設(shè)備對切葉過程進行了拍攝。通過對兩個刀輥同向順時針旋轉(zhuǎn)和主刀輥順時針從刀輥逆時針旋轉(zhuǎn)工作方式下蔗葉切斷過程仿真結(jié)果的對比分析，得到主刀輥順時針從刀輥逆時針旋轉(zhuǎn)的工作方式是最優(yōu)的，在此工況下，蔗葉被切斷后會向?qū)Я髡肿笥覂蓚€出風口運動并排出，但是也存在蔗葉排出受阻，會被柔性刀帶入導(dǎo)流罩內(nèi)引起纏繞的問題。同時，使用高速攝影設(shè)備對刀輥不同工作方式

5、的切葉過程進行了試驗，觀察到了與仿真類似的蔗葉切斷后的運動情況，驗證了仿真的有效性。
　　（3）開展了蔗葉切斷過程中柔性刀對甘蔗宿根影響情況的仿真研究。仿真結(jié)果表明：蔗皮的最大應(yīng)力值為2.68 MPa，蔗芯的最大應(yīng)力值為0.57 MPa，所受應(yīng)力小于甘蔗基部材料的壓縮強度，柔性刀不會造成甘蔗宿根破頭等傷害。最后，通過土壤應(yīng)力傳感器采集到柔性刀擊打地面的應(yīng)力參數(shù)，并提取仿真土壤模型中對應(yīng)位置單元的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行對比，檢驗了仿真模結(jié)果的