【摘 要】
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茶园的松土是茶叶种植过程中重要的环节之一。由于现有的多数松土装置只适用于平原地区,不适用于山地丘陵地形,导致松土作业一直是山地茶园生产机械化的难点问题。旋耕刀作为松土装置的关键部件,其作业性能的优劣性直接影响整机工作状态以及农作物的生长情况。本文针对山地茶园土壤特性,以旋耕刀为研究对象,创建基于离散元法的旋耕刀-土壤动力学模型,研究旋耕刀的结构参数对松土性能的影响,建立松土性能回归方程,求解旋耕刀
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茶园的松土是茶叶种植过程中重要的环节之一。由于现有的多数松土装置只适用于平原地区,不适用于山地丘陵地形,导致松土作业一直是山地茶园生产机械化的难点问题。旋耕刀作为松土装置的关键部件,其作业性能的优劣性直接影响整机工作状态以及农作物的生长情况。本文针对山地茶园土壤特性,以旋耕刀为研究对象,创建基于离散元法的旋耕刀-土壤动力学模型,研究旋耕刀的结构参数对松土性能的影响,建立松土性能回归方程,求解旋耕刀较优的结构参数组合。同时研究关键作业参数对松土装置作业性能的影响规律,开展田间试验,对比分析优化前后松土装置作业性能,验证仿真模型的准确性与可行性。具体研究内容如下:1、对土壤离散元模型建立中所需的物理和力学参数进行测量,选择Hertz-Mindlin with Bonding模型为土壤颗粒间的接触模型。通过土壤堆积角试验校准模型参数,建立与实际更相近的土壤离散元模型。2、以旋耕刀的正切面弯折角、弯曲半径和单刀切削幅宽为试验因素,进行均匀试验设计,开展基于离散元法的旋耕刀-土壤动力学仿真实验。以旋耕刀转轴扭矩和土壤扰动系数为评价指标,确定影响工作性能的主次因素,综合建立的旋耕刀性能回归方程得:当旋耕刀正切面折弯角为112°,弯曲半径为21mm,单刀切削幅宽为38mm时,试验具有较低的转轴扭矩值和较小土壤扰动系数。3、研究分析影响松土装置工作性能的作业因素,以机具前进速度和旋耕转轴转速为关键作业参数,进行单因素试验。分析试验的旋耕转轴扭矩和土壤扰动系数可知:机具前进速度对旋耕转轴扭矩和土壤扰动有显著影响,转轴转速较大时对土壤扰动无显著影响。4、进行田间实验,对比分析优化前后旋耕刀的工作性能。试验结果表明:在相同工况下,优化后的旋耕刀较优化前的转轴扭矩降低了8.27～13.12%,土壤扰动系数降低了5.72～8.16%。验证了作业参数对松土装置的影响及仿真模型的准确性和可行性。山地茶园松土装置的优化设计,为福建茶园生产机械化提供了帮助,也为其他丘陵山地的松土装置设计提供了参考。
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