典型沙生灌木沙柳切割机理仿真研究

Desert shrub is the main plant in the northwest of our country of windbreak and sand and fixation governance desertification, stubble rejuvenation is the main measures tending shrub in the growth process, cutting is the key link of cut sandy shrub operation. Aiming at the present stage of the cutter of desert shrub stubble machine has some problems, like saws cutting into difficulties, power consumption, The tool generates heat and wear seriously, reduce the life of tools, after stubble height varies bush harvesting, appear torn skin, tearing, causing germination rate next year low even dead. This project is on the basis of the GZ-1.0-type self-propelled machine of bush cutter stumping designed by Chinese Academy of Agricultural Mechanization Sciences Branch Hohhot, with the Typical Shrub Salix as the research object, by using the method of theoretical knowledge of composite material mechanics and finite element for the support. Through the test of self-built laboratory bench verified the correctness of numerical simulation methods, and analysis the stress and strain of cutting area in cutting process to find the optimal combination of cutting parameters, provide guidance for the designed improvement of cutting tool manufacturing. The project has a theoretical value and practical significance to promote the development of desert shrub mechanized harvesting equipment and improvement.

沙生灌木是我国西北部防风固沙、治理沙化的主要植物，平茬复壮是沙生灌木生长过程中抚育管理的主要措施，切割是沙生灌木平茬作业的关键环节。现阶段沙生灌木平茬机存在切割器进锯困难、功率消耗大、刀具发热磨损现象严重、刀具寿命短以及平茬后灌木茬口高度不一、撕皮撕裂现象严重而导致翌年萌芽率低甚至整丛枯死等问题。本项目以中国农业机械化科学研究院呼和浩特分院设计的9GZ-1.0型自走式灌木平茬机切割器为基础，以典型沙生灌木沙柳为研究对象，以复合材料力学及有限单元法理论知识为支撑，通过数值模拟技术对沙柳切割过程进行模拟，通过自搭建实验台实验对数值模拟方法的正确性进行验证，并分析切割过程中沙柳材切割区应力、应变以寻找最优锯切参数组合，为切割刀具的选用、设计、制造和改进提供指导。该项目对促进沙生灌木机械化收获装备的研制与改进具有理论价值和实际意义。

沙生灌木是我国西北地区防风固沙、治理沙化的主要植物，平茬复壮是对其抚育管理的主要措施和关键环节。沙生灌木锯切表面质量，不仅影响翌年萌芽率而且反映平茬机械性能。针对沙生灌木平茬过程中因锯齿结构参数和锯切工作参数的不合理而造成的茬口表面质量差、圆锯片磨损严重、平茬机械不安全以及高能耗等问题，本项目利用沙生灌木典型树种沙柳为研究对象，在对沙柳材进行物理力学特性研究的基础上，采用数值模拟技术对沙柳锯切过程进行单因素试验和正交试验，获取了最优圆锯片结构参数和锯切工作参数，然后通过自搭建的试验台对所得参数进行了验证。. 为获取沙柳材J-C、Hashin本构方程参数，开展了一系列物理性能测试，包括：含水率测试，顺纹拉伸试验，轴向、弦向、径向和45°压缩试验；采用电测法测得了沙柳材的弹性常数，并对所得到的弹性常数进行了检验；通过霍普金森压杆试验，对横纹和顺纹沙柳气干材、湿材分别进行了动态力学特性的测定，得出了沙柳气干材和湿材的横纹和顺纹应力-应变曲线。. 利用Abaqus软件，以Hashin准则为失效判据，以圆锯片结构参数和工作参数为试验因素，以切削应力为试验指标开展单因素试验，得出了各参数的最佳范围；以单因素试验为基础，进行六因素五水平的虚拟正交试验，通过对正交试验仿真结果极差分析得到各试验因素对试验指标影响的主次顺序，以锯切因素水平为横坐标，试验指标为纵坐标绘制因素水平趋势图，得出了最优试验方案。为验证试验方案，以结构参数建立仿真模型，工作参数为切削仿真速度，进行仿真锯切，仿真结果表明最优试验方案结果最佳。. 为验证最优试验方案真实锯切效果，按照优选试验、正交试验和单因素试验的结构参数进行锯片加工，并通过锯切试验台进行锯切对比试验，结果表明，优选锯片的结构参数和工作参数优于其他两种锯片。本项目为灌木平茬机械关键参数的选择提供了参考依据，并期望通过在生产实际中验证，对平茬装备性能的提升起到促进作用。