基于離散元法的純電動旋耕機(jī)作業(yè)參數(shù)分析與優(yōu)化

摘 要： 為解決傳統(tǒng)旋耕機(jī)與電動底盤不適配的問題，創(chuàng)新研制出一種新型電動旋耕機(jī)。根據(jù)設(shè)施農(nóng)業(yè)特點(diǎn)，依托于電動底盤提出了一種電動旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)形式及傳動系統(tǒng)參數(shù)；利用EDEM建立土壤——耕作部件的離散元仿真模型，并通過實(shí)地試驗(yàn)驗(yàn)證仿真結(jié)果；最后對電動旋耕機(jī)作業(yè)仿真參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到最佳作業(yè)參數(shù)組合，提高在功率限制條件下旋耕作業(yè)的性能。在前進(jìn)速度1 m/s，旋耕轉(zhuǎn)速175 r/min，耕作深度14 cm，耕作幅寬0.8 m的仿真環(huán)境下，仿真分析得到旋耕刀軸平均消耗功率2.02 kW，平均拋土質(zhì)量1.96 kg，碎土率75.59%。實(shí)地試驗(yàn)測得作業(yè)后土壤碎土率79.03%、平均耕深13.86 mm、耕深穩(wěn)定性系數(shù)97.99%，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。作業(yè)參數(shù)優(yōu)化后旋耕刀軸平均消耗功率降低了15.84%，平均拋土質(zhì)量提升了21.99%，碎土率提升了10.62%。為以后的電動旋耕機(jī)作業(yè)參數(shù)優(yōu)化提供了有效思路。

關(guān)鍵詞： 電動旋耕機(jī)；電動底盤；離散元法；參數(shù)優(yōu)化

中圖法分類號： S222.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-2324（2024）06-0848-11

我國是設(shè)施農(nóng)業(yè)大國，2021 年末，全國溫室、大棚、中小棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施數(shù)量達(dá)2 800 多萬個，設(shè)施農(nóng)業(yè)占地面積5 700 多萬hm2［1］。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)裝備在溫室大棚內(nèi)作業(yè)時，排放的廢氣嚴(yán)重影響工作人員和農(nóng)作物的健康［2］。在以電能為主導(dǎo)地位的新能源驅(qū)動時代大背景下，未來電驅(qū)動的旋耕作業(yè)將會成為旋耕機(jī)械發(fā)展的重點(diǎn)方向［3］。電動微耕機(jī)與電動底盤均有轉(zhuǎn)移方便和耕作環(huán)節(jié)零排放等優(yōu)點(diǎn)。但電動微耕機(jī)作業(yè)時隨著耕作深度增加整機(jī)振動也更強(qiáng)烈，常給操作者帶來傷病［4］。而電動底盤的功率與扭矩等性能參數(shù)與傳統(tǒng)機(jī)具存在差異，因此在實(shí)際使用中傳統(tǒng)旋耕機(jī)與電動底盤適配性不高的問題成為了制約設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化、電動化的一個主要因素。