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仿生偏柱式减阻深松铲设计及离散元仿真分析

胡伟 刘大欣 付明刚 周德义 吴宝广 于春生

胡伟,刘大欣,付明刚,等.仿生偏柱式减阻深松铲设计及离散元仿真分析[J].农业工程,2022,12(5):84-88. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.05.018
引用本文: 胡伟,刘大欣,付明刚,等.仿生偏柱式减阻深松铲设计及离散元仿真分析[J].农业工程,2022,12(5):84-88. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.05.018
HU Wei,LIU Daxin,FU Minggang,et al.Design and DEM analysis of bionic drag-reducing slant column subsoilers[J].Agricultural Engineering,2022,12(5):84-88. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.05.018
Citation: HU Wei,LIU Daxin,FU Minggang,et al.Design and DEM analysis of bionic drag-reducing slant column subsoilers[J].Agricultural Engineering,2022,12(5):84-88. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.05.018

仿生偏柱式减阻深松铲设计及离散元仿真分析

doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2022.05.018
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFD0701103)
详细信息
    作者简介:

    胡伟,硕士,工程师,主要从事农业机械及智能化装备研究 Email:huw@jlu.edu.cn

    于春生,通信作者,高级工程师,主要从事农业机械装备研究 E-mail:yucs@jlu.edu.cn

  • 中图分类号: S222

Design and DEM Analysis of Bionic Drag-reducing Slant Column Subsoilers

  • 摘要:

    过大的深松阻力是限制深松作业效果及深松机推广的重要原因之一,而深松阻力主要由深松铲引起,因而改进其结构、减小其作业阻力将有助于节能降耗及深松作业的推广。以善于挖掘的竹鼠及蚁狮幼虫为仿生对象,应用三维扫描仪对竹鼠爪趾及蚁狮幼虫进行结构获取,建立竹鼠爪趾及蚁狮幼虫背部的三维曲面。应用逆向工程原理提取优异的挖掘曲线,据此建立偏柱式深松铲三维模型。以深松深度、深松铲宽度及深松铲入土角为设计目标,设计出3种仿生偏柱式深松铲,并提出一种偏柱式深松铲铲柄的设计方法。应用EDEM软件对深松阻力进行模拟可知,深松铲铲柄及铲尖的仿生设计可有效减小其深松阻力,最大可减阻12.92%。仿生偏柱式深松铲设计将为深松铲结构优化提供新的设计思路。

     

  • 图 1  竹鼠右前爪三维扫描处理后的三维结构及曲线提取

    Figure 1.  3D structure and curve extraction after 3D scanning ofright front paw of Rhizomyidae

    图 2  蚁狮照片、三维扫描建模对比及背部曲线提取

    Figure 2.  Photos of antlion,comparison of 3D scanning modeling and back curve extraction

    图 3  偏柱式深松铲铲柄与铲尖过渡区设计原理

    Figure 3.  Schematic diagram of transition zone between shovel shaft and shovel tip of slant column subsoilers

    图 4  4种偏柱式深松铲设计及EDEM仿真颗粒运动速度截面

    Figure 4.  Design of four slant column subsoilers and cross-section of EDEM simulation particle movement velocity

    图 5  4种不同深松铲仿真阻力随运动距离的变化关系

    Figure 5.  Relationship between simulation resistance of four kinds of subsoilers and movement distance

    表  1  EDEM仿真参数设定

    Table  1.   EDEM simulation parameter setting

    参数数值
    颗粒半径/mm5
    土壤颗粒容重/(kg∙m−32 550
    土壤颗粒泊松比0.32
    土壤剪切模量/Pa1.04×108
    土壤与土壤间碰撞系数0.48
    土壤与土壤间静摩擦系数0.52
    土壤与土壤间滚动摩擦系数0.40
    深松铲密度/(kg∙m−37 800
    深松铲泊松比0.30
    深松铲剪切模量/Pa7.9×1010
    深松铲与土壤间碰撞系数0.30
    深松铲与土壤间静摩擦系数0.56
    深松铲与土壤间滚动摩擦系数0.30
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-26
  • 修回日期:  2022-04-26
  • 出版日期:  2022-05-20

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