一种高速犁犁体曲面的分区优化设计方法技术

本发明专利技术提出了一种高速犁犁体犁体曲面分区优化设计方法，设计方法包括犁体结构的剖面曲线拟合方法、犁体胫刃线参数优化、犁体曲面分区(犁铧、前犁壁、后犁壁、犁翼)参数及结构改形优化设计、犁体分区曲面接合面设计，其中犁体参数利用B样条曲线拟合以应用计算机辅助设计计算并引入理想几何曲面结构。通过对现有犁体结构的登高剖面曲线拟合得到，计算犁体胫刃线参数，以此为基础按犁铧、前犁壁、后犁壁、犁翼为顺序逐区调整曲面拟合几何参数，通过分区曲面结合面对区域间结合处曲面进行修正，对分区曲面及优化曲面耕翻作业效果进行离散元分析，得出优化结果，从而完成犁体曲面的优化设计。本发明专利技术的提出设计方法操作简单，易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及农业机械，具体为一种高速犁犁体曲面的分区优化设计方法。

技术介绍

0、技术背景

1、犁体是翻转犁耕翻作业的核心部件，通过动力机具牵引对土垡进行剪切、推移、破裂、抛落的动作，实现对土垡的翻转破碎效果，犁体曲面结构的设计水平直接影响到翻转犁作业质量、作业阻力。不同类型土壤组成成分复杂，物理力学性能差异较大，因此犁耕作业所面临的耕地条件十分复杂，对于不同土壤条件的耕地需要采用不同类型的犁体曲面进行适应，通常根据耕作要求可以分为翻土型、碎土型及通用型曲面。同时，不同作物的根系生长及杀菌灭虫对耕地条件要求也存在差异，针对不同作物的耕地时的犁耕作业深度，耕作深度、土垡翻转与破碎程度也不尽相同。因此，现有犁体曲面结构较多，不同曲面结构所适应的耕地环境存在一定差异，同一犁体曲面结构既能普遍适应多种耕地条件又满足各类耕作要求。犁体曲面的设计方法较为成熟，包括水平直元线法、斜直元线法、翻土曲线法等。

2、目前，先进厂商所设计生产的面对不同耕地特点及作业要求的通用型犁体曲面在低速条件下作业效果良好，具有较好的环境适应性，如雷肯通用型栅条犁曲本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：所述待优化犁体曲面点位信息采集并构建几何模型，该步骤是对待优化犁体曲面信息的采集及几何模型的构建，首先需要以犁体胫刃线为犁体作业前进方向坐标轴，构建三维坐标系；对犁体剖面点位的采集包含对犁体曲面表面等距碎土曲线及翻土曲线点位信息的采集，即在坐标系中的x、y方向的等距曲线段的点位信息获取，并以此拟合各段等距曲线。其中犁体胫刃线HD位于犁体侧边，在原有犁体结构中与犁侧板位于同一平面，在犁体前进过程中起分割沟墙的作用。基于最小二乘法拟合各段线段...

【技术特征摘要】

1.一种高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：所述待优化犁体曲面点位信息采集并构建几何模型，该步骤是对待优化犁体曲面信息的采集及几何模型的构建，首先需要以犁体胫刃线为犁体作业前进方向坐标轴，构建三维坐标系；对犁体剖面点位的采集包含对犁体曲面表面等距碎土曲线及翻土曲线点位信息的采集，即在坐标系中的x、y方向的等距曲线段的点位信息获取，并以此拟合各段等距曲线。其中犁体胫刃线hd位于犁体侧边，在原有犁体结构中与犁侧板位于同一平面，在犁体前进过程中起分割沟墙的作用。基于最小二乘法拟合各段线段，构建曲面网格模型，提取犁体曲面主视图方向边界特征，即通过胫刃线hd、顶边线fh、翼边线fi、铧刃线cd、接缝线ei、犁铧边线ec拟合犁体外形轮廓，以此完成待优化犁体曲面片结构的拟合建模，便于后续犁体结构参数的调整。

3.根据权利要求1所述的高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：所述拟合土垡在犁体曲面中点及上下极限位置运动轨迹，该步骤是对犁体曲面-土垡运动学模型的构建，利用edm/fem计算机设计软件辅助计算，应确定犁体运动的作业参数，包括：犁体前进速度、耕深、耕宽、犁体安装角度参数。检测所作业耕地的土壤物理及力学参数，包括：粒径、含水率、泊松比、剪切模量及颗粒间接触参数和颗粒—犁体接触参数，以此获取土垡在犁体曲面表面的运动过程及位移状态，得出土垡经由犁体曲面表面所达到的极限位置，以及土垡在犁体表面运动轨迹的中点、上下极限位置。

4.根据权利要求1所述的高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：所述设定土垡运动轨迹导引及约束目标，该步骤包括期望土垡抛出极限位置范围及土垡整体翻转角度，破碎比率等。因此，分析土垡运动轨迹与理想土垡运动轨迹之间差异程度可以通过上述参数间接得到。

5.根据权利要求1所述的高速犁犁体曲面的分区优化设计方法，其特征在于：所述调整胫刃线参数构建复合胫刃曲线，该不周是对犁体胫刃线的参数重构及优化是进行曲面分区及形态调整的前提。所述复合胫刃线式由犁铧与犁耕沟墙所接触的侧边线和相连胫刃曲线段构成的复合曲线，包含犁铧侧边线ⅰ、胫刃切土曲线ⅱ、胫刃延申线ⅲ三部分，一般犁铧侧边线ⅰ为直线段，胫刃切土曲线ⅱ及胫刃延申线ⅲ由同段或分段抛物线、曳物线构成。在犁体作业过程中，犁铧侧边线ⅰ、胫刃切土曲线ⅱ全部作用在土壤上，与铧刃线共同切割土壤，形成土垡，其中土垡宽度为b，高度为a，胫刃切土曲线高度h2＞a，伴随犁体持续向前运动，其纵剖土垡将持续由胫刃向犁翼方向运动，胫刃延申线最高位置为h3，即犁体曲面顶高位置，对土垡起到主要约束作用，确保土垡在犁体曲面上最高抬升至h3处离开犁体表面。胫刃线在犁体曲面结构的后续优化中式主要构造线，曲面空间位置及分区曲面结构调整的主要参照依据。其中主要参数包括犁铧载荷角α、胫刃切土曲线起止截线段抬升角度α1，胫刃线延申线起止点位截线抬升角α2，。其中α角度范围为0～25°，α1角度范围为20～30°，三部分所包含的三段截线段即为分区曲面重构所对应的分区曲面的基平面参照边线。

6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑炫，刘进宝，胡赫岩，李帆，汤智辉，张鲁云，杨怀君，王子龙，孟祥金，
申请(专利权)人：新疆农垦科学院，
类型：发明
国别省市：