农业机械学报

作者：周文琪,孙小博,刘子铭,齐鑫,江东璇,王金武

单位：东北农业大学,东北农业大学,东北农业大学,东北农业大学,东北农业大学,东北农业大学,

关键词：液肥穴施肥机; 喷肥针; 有限元法; Drucker-Prager屈服准则; 互作分析; 动力学测试

基金：国家自然科学基金项目（51905086、51675093）、中国博士后科学基金项目（2019M661241）、黑龙江省博士后面上项目（LBH-Z19044）和东北农业大学“青年才俊”项目（18QC19）

针对液肥穴施肥机斜置式扎穴机构扎穴时，触土部件-针体所受三向阻力变化规律以及土壤动态行为特性难以直接通过试验获取问题，通过采用Drucker-Prager屈服准则构建穴施土壤有限元模型，运用ADAMS运动学分析模块获得扎穴机构喷肥针扎穴轨迹，利用ANSYS/LS-DYNA显示动力学软件建立喷肥针与土壤互作仿真模型。以?Z?轴方向针体所受最大压力（均指绝对值）为测量指标，工作参数为影响因素，进行喷肥针单向受力虚拟和台架对比试验。结果表明，压力皆随前进速度和扎穴机构转速的增大先增大后减小，仿真和试验数据接近，变化趋势基本相同。以喷肥针前进速度0.62?m/s、扎穴机构转速70?r/min及斜置角20°为仿真工作参数，对针体进行三向阻力以及土壤动态行为仿真分析，可知喷肥针在3个方向的阻力先增大后减小。0~0?189?s内即喷肥针入土过程，针体在?X?轴方向阻力缓慢上升，说明喷肥针对前进方向土壤扰动较小；针体在?Z?轴方向上阻力增大较快，说明喷肥针冲击土壤作用较强，土壤受到针尖剪切致使应力主要集中在此方向上，在0.189?s阻力达到最大值21.69?N；针体在?Y?轴方向上阻力较小，说明喷肥针挤压土壤作用较弱，在0.189?s阻力达到最大值8.56?N。0.189~0.214?s内即喷肥针原位置自身摆动过程，针体在?X?轴方向阻力增大趋势变快，说明喷肥针对前进方向土壤产生较大扰动；其他两个方向阻力基本保持不变。0.214~0.350?s内即喷肥针出土过程，喷肥针在?Z?轴和?Y?轴方向阻力逐渐减小直至变为0；其中在0.214~0.238?s内，针体在?X?轴方向阻力瞬间增大，说明喷肥针对前进方向土壤产生强烈挤压，0.238?s达到最大值31.87?N。在整个扎穴过程中，穴口形成是喷肥针出土过程自身的摆动姿态与前进方向土壤扰动引起的，因此针体沿?X?轴方向阻力影响显著，符合实际扎穴规律。?

来源：2020年第4期

《农业机械学报》期刊编辑部

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