1引言
对于黑龙江省漫川漫岗的耕地水土流失的防治,垄沟筑垲技术是一种有效的方法,该技术是在垄沟内每隔一定距离修筑一个略低于垄台的土垲,将垄沟隔成多个浅穴,从而栏蓄降雨。多年的试验证明,该治理方法简单有效、增产明显、减少水土流失效果突出。且当年应用当年收益,同时具有短期效益和长期效益,适合黑龙江地区小型农户和大型国营农场,有较为广阔的发展前景为实现垄沟筑垲作业的机械化和自动化,近年来已研制出多种垄沟筑垲机,并在筑档机结构、原理、控制及零部件受力分析等方面展开了研究。四叶板翻转作为筑垲机的关键部件,其尺寸直接影响机组的工作阻力、功率以及筑垲形状和质量,因此弄清其影响规律十分必要。而目前在该方面的研究很少,伊板尺寸对筑垲阻力及筑挡形状影响的试验研究尚未见报,因此,对其进行试验研究,其研究结果可为合理设计垄沟筑垲机的工作部件及匹配合理的动力提供依据,对保护坡耕地、防治水土流失具有十分重要的意义。
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2筑垲阻力测试与分析
2.1试验
对板的有限元分析即釆用数学近似的方法对板进行模拟分析。应用有限单元法对板进行分析,是把板离散成有限个单元,在每个单元中设定有限个节点,单元之间通过节点相连,从而将伊板看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体。因为单元可被划分成形状、大小不同的部分,所以可以很好地拟合板的几何形状、材料特性及其边界条。在有限元分析中,模型的网格疏密程度取决于分析的经济性和精确性,网格划分越细、单元阶次越高,则计算结果越精确,但是相应的运算时间也越长,所以要根据具体情况具体分析,选择网格划分粗细情况。对于该模型,机架体积较小,结构简单,所以网格划分可选择比较致密型,网格划分时,选取三角形单元方式。
2.2筑垲过程与板阻力
翻转过程中,产板主要受到搂起的土壤和沪板两侧边与垄帮的摩擦力的共同作用,阻碍板平移,同时搂起的土壤形成土挡,作用于上板,阻碍翻转翻转,同时构成翻转阻力。移动摩擦力与翻转阻碍力在翻转阻力中占的比例视翻转产自身尺寸和搂起的土量有所不同。本章对垄沟筑垲机试验台的结构及工作原理进行介绍,并描述了试验用翻转试验台具有改变产板入土深度及便捷更换翻转等功能。此外,对不同深度下不同板筑垲阻力进行测试,并对翻转伊筑挡过程及板受力进行了分析。
3基于ANSYS产板的有限元分析........24
3.1铲板有限元分析方法及原理.............24
3.2不刚转铲有限元分析.........25
3.3小结............28
4土挡形状的测试与分析.........29
4.1土挡形状测试方法.............29
4.2试验结果与分析..........30
4.3小结..........38
5土蓄水能力的评价...............39
5.1土垱垲蓄水能力的评价指标.......39
5.2各伊板所筑土挡的评价值计算................40
5.3各铲板所筑土挡的蓄水能力评价.......42
5土挡蓄水能力的评价
5.1土垱垲蓄水能力的评价指标
土挡质量影响土挡蓄水能力,而土垲形状、土挡断面面积和土垲密实度是影响土挡质量的主要因素,因此,可以用土垲形状、土挡断面面积和土垲密实度评价土垲蓄水能力。然而,筑挡过程中产板对搂起的土壤各部分的力并不是均匀一致的,所以土垲密实度不容易测试,但土挡的密实度与其在形成过程中所受的压力有关,所以,可以根据在其形成过程中所受的面压力来间接评价。土挡断面面积反应了搂起土壤的量,铲板搂起的土量多,土培断面面积大,铲板搂起的土量少,则土挡断面面积小。土壤量多,则土挡稳定,蓄水能力强,因此,将土挡断面面积比作为蓄水能力的评价指标。将实际土挡断面面积与理想土挡断面面积之比定义为土挡断面面积比,记为R。
5.2各伊板所筑土挡的评价值计算
本文所得的结论为研发新型垄沟筑挡装备和合理运用垄沟筑挡机进行筑挡作业提供技术依据。建议进一步扩大筑挡机前进速度试验范围,探究其对筑挡阻力、土挡形状和土挡密实度的影响规律。由表可知,号铲板筑挡评价指标归一值最大,即其筑挡蓄水能力最佳。由表可知,号铲板具有顶边宽大、底边宽小及铲板高丑小的特点,号铲板次之,其具有尺寸值均适中的特点,号与号铲板再次,二者同时具有底边宽较大的特点。号与号铲板筑挡蓄水能力不佳,其中号铲板铲板高丑最小而底边宽最大,号铲板的铲板高好最大而顶边宽最小、其底边宽亦较小。由以上分析可知,底边宽与铲板高丑均较小或适中的铲板筑挡蓄水能力较好,而底边宽较小、铲板高丑较大或底边宽较大、铲板高丑较较小的铲板筑挡蓄水能力不佳。
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6结论
本文分析了黑龙江省寒地旱作坡耕地水土流失现状、产生原因以及垄沟筑挡技术和筑挡机研究动态,为了获得筑挡机铲板尺寸变化对筑挡阻力、土挡形状的影响规律。在试验台进行试验研究。得出结论如下:相同入土深度不同铲板尺寸和相同铲板尺寸不同入土深度对筑挡阻力对筑挡阻力有不同程度的影响,入土深度较大时铲板高和顶边宽£影响较大,铲板高丑大,筑挡阻力小,顶边宽大’筑挡阻力大;入土深度较小时底边宽影响较大,底边宽大’筑挡阻力大。入土深度较铲板尺寸对筑挡阻力巧影响大,入土深度每增加2 cm,搂土阻力巧与翻转阻力平均值均成倍数增加。
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参考文献(略)