受迫振动深松机性能参数优化与试验.pdfVIP

第 31 卷 第 21 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.21 2015 年 11 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2015 17 受迫振动深松机性能参数优化与试验 李 霞 1，张东兴 2，王维新 1，崔 涛 2，汤明军 1 （1. 石河子大学机械电气工程学院，石河子 832000； 2. 中国农业大学工学院，北京 100083） 摘 要：为解决目前深松作业机具耕作阻力大、深松深度不稳定、耕作质量不高的问题，该文采用振动减阻原理设计研 制了受迫振动深松机。通过分析深松铲的结构和运动过程，建立深松铲的数学模型；确定影响深松牵引阻力的参数；采 用正交试验方法得出影响受迫振动参数的最优组合：前进速度 2 km/h，振动频率为 10 Hz，振动角度为 12°。为了验证性 能参数最优组合的正确性，开展了受迫振动深松机性能参数检测试验。试验结果表明：振动深松前后，土壤各土层容重 均下降，表层土下降达 21.74%；在15～25 cm 土层含水率增加 16.02%；深松后地表平整，耕深稳定变异系数为 7.37%， 稳定性系数 92.63%，振动深松作业后测得土壤扰动系数为 57.11%，土壤蓬松度为 36.96%，土壤蓬松度和扰动系数均达 测试指标的要求。采用受迫振动能使振动深松机显著降低牵引阻力 9.09%，减阻效果明显。该研究对深松机振动特性分 析与性能参数设计提供了参考。 关键词：农业机械；振动；优化；深松机；减阻；性能参数 doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.21.003 中图分类号：S222.19 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-21-0017-08 李 霞，张东兴，王维新，崔 涛，汤明军. 受迫振动深松机性能参数优化与试验[J]. 农业工程学报，2015，31(21)： 17－24. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.21.003 Li Xia, Zhang Dongxing, Wang Weixin, Cui Tao, Tang Mingjun. Performance parameter optimization and experiment of forced-vibration subsoiler[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(21): 17－24. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.21.003 0 引 言 长期的传统浅层耕作使土壤耕作层变浅并形成坚硬 的犁底层，土壤结构退化。研究表明，土壤深松能有效 改善土壤硬度[1]、降低土壤耕层容重[2]、提高土壤蓄水保 墒能力[3]并促进作物根系生长，从而提高作物产量[4-5]。 自 2010 年以来，农业部大力提倡机械深松改土，并出台 深松整地补贴政策，但深松机具一般都需要大马力拖拉 机牵引，功率消耗一般在 20～80 kW 之间，能耗是作物 收获机具能耗的 3～5 倍[6]，因此节能降耗成了研制深松 机的重点和难点。 采用振动原理降低牵引阻力的方法有 2 种：一种是 自激振动，另一种是受迫振动。国内外有一批专家学者 对深松减阻技术进行了研究并取得了丰硕的成果[7-10]。 Marakoglu 等[11]研究认为牵引力和土壤疏松程度的增大 与耕作前角，前进速度增大有关，同时还指出牵引力随 着工作深度增大而增大，土壤疏松程度则随工作深度增 加而减小；Badegaonkar 等[12]在仿真条件下发现耕作牵引 阻力随着耕作深度增大而增大，并且在多组试验铲中，研 究深松犁角度和长度对耕作效果的影响；Gholamhossein 收稿日期：2015-04-17 修订日期：2015-09-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目（5136505）；现代农业产业技术体系