犁体曲面的形成原理
基于CAE的V形雪犁研发设计
设备管理与维修2019翼1（上）Z /cm 0102030兹/毅52.5056.2758.5459.29Z /cm 60708090兹/毅59.8459.8959.9359.95405059.6059.7510059.97基于CAE 的V 形雪犁研发设计刘仕超，张发（中国铁路呼和浩特局集团有限公司科研所，内蒙古呼和浩特010030）摘要：按照基于轨道车为载体的除雪装置设计参数，利用Solidworks 建模软件以直元线法画出V 形雪犁的三维模型。
并借用LS-DYNA 有限元分析平台，对设计的V 形雪犁做除雪过程进行动态仿真，验证雪犁结构设计的合理性。
关键词：计算机辅助工程；V 形雪犁；建模；仿真中图分类号：TP391.7文献标识码：B DOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2019.01.760引言针对铁道线路雪害的问题，中国铁路呼和浩特局集团有限公司自主研发了一种基于轨道车为载体的除雪装置，通过“推+刮”的方式清除线路积雪，达到快速开通线路的目的。
V 形雪犁是该装置的核心机构，直接关系到除雪效果，通过CAE （Com原puter Aided Engineering ，计算机辅助工程）技术的应用，以SolidWorks 及LS-DYNA 为设计平台，设计出合理的V 形雪犁机械结构，为后续研究工作奠定基础。
1V 形雪犁三维模型的建立合理的犁体曲面，可有效降低除雪阻力，提高除雪效果。
鉴于除雪作业工况，V 形雪犁的结构参照农业耕地用铧式犁进行设计。
1.1犁体曲面成型机理水平直元线法是一种常用的犁体曲面形成方法，原理如图1所示。
从图1来看，可以视犁体曲面为基于一定规律下的曲线或直线的运动而成，而无论是构成该曲面的曲线或直线，统称作“元线”。
而在空间里运动的元线，其运动规律相关的几何要素则叫做导曲线，即图中的m 。
导曲线是铧刃线、犁体曲面垂直平面相交形成的截面线，该线实质是一条抛物线。
犁体工作曲面测绘
犁体工作曲面测绘犁体工作曲面测绘是一种针对犁体工作表面进行测量和描绘的技术，主要应用于农业机械领域，特别是犁耕机械。
犁体作为犁耕机械的核心部件，其工作曲面对于耕作质量、土壤破碎和翻耕效果具有重要影响。
本文将介绍犁体工作曲面测绘的主要步骤、方法和应用。
一、测绘准备工作在进行犁体工作曲面测绘前，需要做好以下准备工作：1.了解犁体结构：在开始测绘前，需要了解犁体的基本结构、工作原理和特点，以便确定测绘的重点和难点。
2.收集相关资料：收集与犁体相关的技术手册、图纸、说明书等资料，以便对犁体有更全面的了解。
3.准备测量工具：根据需要，准备相应的测量工具，如测量尺、卡尺、百分表等。
4.选择合适的测量方法：根据犁体的结构和特点，选择合适的测量方法，如直接测量法、间接测量法或组合测量法。
二、测绘主要步骤犁体工作曲面测绘的主要步骤如下：1.确定测量基准：根据需要选择合适的测量基准，如平面、圆柱面等。
2.选取测量点：根据犁体的结构和特点，选取具有代表性的测量点。
3.测量工作曲面：使用合适的测量方法，对选取的测量点进行实际测量。
4.数据处理与分析：对测量得到的数据进行整理、分析和处理，得出工作曲面的形状、大小和特征等信息。
5.绘制工作曲面：根据处理后的数据，绘制出犁体的工作曲面。
三、测绘方法及注意事项在犁体工作曲面测绘中，需要注意以下几点：1.测量点的选择要具有代表性，能够反映犁体工作曲面的整体特征。
2.测量方法要准确可靠，能够满足测量精度要求。
3.数据处理要严谨，避免因数据处理不当而导致误差。
4.绘制工作曲面时要注意细节处理，如曲面的平滑度、连续性和美观性等。
四、应用及意义犁体工作曲面测绘技术在农业机械领域具有广泛的应用价值。
通过对犁体工作曲面的测绘，可以获得犁体的详细几何形状和尺寸信息，为犁耕机械的设计、制造和维护提供重要的技术支持。
具体来说，犁体工作曲面测绘的意义包括：1.优化犁体设计：通过对工作曲面的测绘，可以获取犁体的详细几何信息，为进一步优化犁体设计提供依据。
农业机械的结构及原理
第一篇农业Hl械的结构与原理绪论（3学时）农业机It在农业现代化中的作用，农业机械的作业特直，农业科学、耕作制度和农业机械化的关系，农业机械学研究的主要領M.B外农业机械的发展酋向, 本课程的任务和学习方法。
要直：基本IB念、国外农业机械的发展范向。
思考題：1、精确衣业的股念？2、精确农业的工作il程？3、精确农业的工艺流程图？第一章耕地机械（8学时）第一节徉式犁的基本购造和类型一、徉式犁的主要类型目前耕地机械的主要类型为徉式犁、冏盘犁、凿型犁。
徉式犁的主要类型为牵引犁、半悬桂犁和悬桂犁等，根据衣业生产的不同要求、自然条件变化、动力配备悄说等，5?武犁在形武上R派生岀一些具有现代特征的新里犁：双向犁、I 条犁、调帕犁、逵子犁、高速犁等。
二、够式犁的基本组成徉式犁主要由组成：犁架、主犁休、耕深调节装置、支撑行走装置、牵引悬桂装置等。
主犁休为徉式犁的核心工作部件。
三、徉式犁的型号表这方式部颁农机序列标准：1-耕整机械，2-种柜施吧机械，3 -田同管理和植保机植, 4-收获机械，5-种子加工机械，6-衣副产晶加工机械，7-装卸运输机械，8-排灌机械，9-畜牧机I*Els主犁It的结构员助用犁徉：切开土里引导土里上廿至犁壁，犁壁：破碎和翻柏土里，犁MW：平衡侧向力，犁扶：朕結犁架与犁体曲面，犁托：联结犁休曲面与犁柱，犁i：tt.fi件，肪止犁IM极尾部暦损，可更换。
第二节犁It曲面的工作原理一、犁休曲面的类塑犁徉与犁壁共同组成了犁体曲面，由于曲面的参数不同、性能不同，犁体曲面可分为：胡土型、碎土型和通用型（Q称：螺旋型、熟地型、半螺旋型）。
二、犁休曲面的的工作原J5从两面楔到三面锲的工作过程，理想土华的胡转il程，理想土里的宽味比的确定。
第三节犁It曲面的形成原理员设it方法一、犁体曲面的形成原理犁休曲面的形状湘加工土填的质量有至关重要的影响。
目前，所应用的犁休曲面的形状是经il长时间枳累、不Bfi修改、不断完善而形成的，是一彳、空间任童曲面，不可能用数学的方法来真实的描述，只能是用近做的方法，用做图原理来形成犁休曲面。
农业机械学考纲
全国硕士研究生入学统一考试农业机械化工程硕士专业学位农业机械学考试大纲I 考查目标全国硕士研究生入学统一考试农业机械化工程专业《农业机械学》考试是为我校招收农业机械化工程硕士生而设置的具有选拔性质的考试科目。
其目的是科学、公平、有效地测试考生是否具备攻读农业机械化工程专业硕士学位所必须的基本素质、一般能力和培养潜能，选拔具有发展潜力的优秀人才入学，为国家的经济建设培养具有良好职业道德、法制观念和国际视野、具有较强分析与解决实际问题能力的高层次、应用型、复合型的农业机械化工程专业人才。
考试要求是测试考生掌握典型农业机械的主要结构、工作原理、设计计算和发展动态等。
具体要求考生：1．掌握耕整地机械、中耕机械、种植机械、植保机械、收获机械的主要结构、名称和有关定义。
2．掌握耕整地机械、中耕机械、种植机械、植保机械、收获机械的主要工作原理。
3．掌握耕整地机械、种植机械和收获机械的主要工作部件的设计计算。
4．掌握现代农业装备的发展动态。
II 考试形式和试卷结构一、试卷满分及考试时间试卷满分为150分，考试时间180分钟。
二、答题方式答题方式为闭卷、笔试。
三、试卷内容与题型结构农业机械学150分，有以下三种题型：名词解释5题，每小题6分，共30分填空题5题，每空2分，共40分回答题4题，每小题20分，共80分III 考查内容1、土壤耕作及耕层土壤的物理机械性能2、犁的构造、犁体曲面、犁体外载和犁耕机组3、旋耕机4、中耕机5、播种机和育秧、插秧机械6、植保机械7、谷物收获机械8、农业装备现代技术IV. 题型示例一. 名词解释（6分/每题，共30分）1. 土壤坚实度2. 犁的入土角3. 旋耕机的切土节距4. 谷草比5. 滑切角二. 填空题（2分/每空，共40分）1.与播种机设计有关的种子特性主要有、、、和等。
2.按农艺要求，播种可分为、和。
3.卧式旋耕机上使用的旋耕刀按结构形式大致可分为三种类型，它们是、和。
4.根据对作物脱粒过程的物理现象，归纳起来，脱粒可以靠、、、和等原理进行。
农业机械学教学大纲
《农业机械学》教学大纲课程名称：农业机械学（Agricultural Machinery ）课程编号：030401总学时数：64学时（其中含实验24学时）学分：4学分课程类别：专业方向限选先修课程：机械设计、机械制造工艺学教材：《新编农业机械学》（耿端阳主编，国防工业出版社）。
参考书目：1.李宝筏.农业机械学.北京：中国农业出版社，20032.丁为民.农业机械学.北京：中国农业出版社.20113.吴守一主编.农业机械学[M].北京：中国农业机械出版社，19884.北京农业工程大学主编.农业机械学[M].北京:农业出版社，20015.南京农业大学主编.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，19966.中国农业机械化科学研究院编.农业机械设计手册.机械工业出版社7.农业机械学报8.农业工程学报课程内容简介《农业机械学》是农业机械化及其自动化专业的一门专业课程，它是研究农业生产中所使用机械设备的结构、作用原理、功能、理论分析及其性能设计的一门学科。
通过本课程的学习使学生掌握常用农业机械结构、原理、使用知识、熟悉农业机械新技术、新机具、新理论，学会典型农业机械性能设计和典型工作部件结构设计的方法，培养学生具有农机设计、结构对比分析、试验鉴定和新产品开发能力。
一、课程性质、目的和要求本课程的性质是：通过学习，使学生掌握主要农业机械的基本理论、知识和使用技能。
从而为用好农业机械、改进现有农业机械以及对新一代农业机械进行性能设计打下基础。
本课程主要由课堂讲授和实验实习两个主要教学环节。
课堂教学主要讲授农业机械及其零部件的工作原理、有关理论和设计计算等。
要求学生做好笔记，课后尽可能多的阅读有关农业机械的参考书或最新资料。
实习实验主要讲授农业机械的一般构造、工作过程、使用与维护，以及农业机械的性能试验等，为本课程的理论教学创造必要的条件。
同时还结合国内外农业机械幻灯片、录相等现代化教学手段，使学生了解和掌握国内外农业机械的状况和发展趋势。
《农业机械学》复习题
《农业机械学》复习题一、填空题1、耕地机械按工作部件的工作原理不同，可分为铧式犁、和凿型犁等。
2、电极犁利用电渗原理使犁体曲面携带某一极性电荷，将土壤中的水分子吸引到犁体曲面上来，形成一定量的，减少因土壤水分少而产生的干摩擦现象。
3、外槽轮排种器的排种量主要取决于排种轮的有效工作长度和。
4、为了获得均匀的排液量，往复泵必须与配合使用。
5、谷物的三种收获方法是分别收获法、联合收获法和。
6、自走式联合收获机一般由底盘、发动机、割台、、电气系统、操纵和行走系统、液压系统、传动系统和粮箱等组成。
7、脱粒机按照谷物茎秆的喂入形式可分为全喂入式和两大类。
8、铧式犁主犁体一般由犁铧、犁壁、、犁托、犁柱和犁踵等组成。
9、犁体曲面是由犁铧和共同组成的。
10、由于曲面的参数不同、性能不同，犁体曲面可分为：翻土型、和通用型。
11、圆盘耙按耙片的外缘形状可分为全缘耙和。
12、谷物条播机一般由机架、、开沟器、种子箱、镇压器、覆土器和传动装置等组成。
13、外槽轮排种器的排种量主要取决于排种轮的有效工作长度和。
14、喷雾机空气室的功用是蓄积能量和。
15、谷物的三种收获方法是分别收获法、和二段收获法。
16、脱粒机按照谷物茎秆的喂入形式可分为全喂入式和两大类。
17、纹杆滚筒式脱粒装置是以为主、冲击为辅的脱粒原理进行工作的。
18、影响水平圆盘排种器充种性能的主要因素是型孔的形状、尺寸和。
19、悬挂犁的耕深调整主要有、力调节和位调节等三种形式。
20、圆盘耙的种类按耙片的直径可分为毫米、460毫米和560 毫米。
二、判断题1、根据土壤性状和耕作要求，由犁耕机组配套计算公式计算得出某型号拖拉机所匹配的犁体理论数量为3.89铧，而实际配套犁体数量应是4。
（）2、一般来说，随着切割速度的增加，切割阻力也有所增加。
（）3、切流纹杆滚筒式脱粒装置以冲击脱粒和搓擦脱粒为主，脱粒能力和分离能力强，断稿率小，有利于后续加工处理。
（）4、犁体曲面的功能就是起土、碎土和翻土。
犁体曲面设计及数控加工研究
建 立 了犁体 曲面 的 数学 模 型 ， 于 Ｐｏ Ｅ ｇ ｅｒ 造 了犁 体 曲 面 的 实 体 ， 已 建 立 的实 体 基 础 上 ， 究 犁 体 曲 面 基 ｒ／ ｎ ｉ ｅ 构 ｎ 在 研
的数 控加 工 方 法 。利 用 Ｃ Ｘ Ａ Ａ制 造 工 程 师 软件 进 行 了数 控加 工 过 程 的仿 真 ， 成 了适 合 Ｖ ０ Ａ加 工 中心 加工 的 生 ６０
字 化设 计 制造 的途 径 。
由水平 元 线 构成 的扭 柱 型犁 曲面 ， 导 曲 线 的 参 当
１ 犁体 曲面的模型建立
１ １ 犁体 曲面成 形 方法 的确 定 。
数 和 元 线角 的变 化规 律 确 定 后 ， 平 元 线 的 运 动 即 可 水
唯一 地 确定 一 个 曲面 。
外学者研究 犁体工作性 能的关键 。传 统的犁体 曲面 设计不仅 费时 ， 而且设计 修改成本 也较 大¨ 引。笔者
在研 究铧 式 犁 犁体 曲 面设 计 现状 的基 础 上 ， 出采 用 提 Ｐｏ Ｅ软 件对 犁 体 曲面 进 行 设 计 ， 在 已建 立 的 实 体 ｒ／ 并 模 型 基础 上 ， 究 犁 体 曲 面 的 数 控 加 工 方 法 ， 成 数 研 生 控加 工程 序 ， 而使 传 统 的 犁体 曲 面 设 计 和 Ｐｏ Ｅ造 从 ｒ／ 型 、Ａ Ａ数控 加 工结 合起 来 ， 短 犁 体 曲 面的设 计 制 ＣＸ 缩
１ ２ １ 导 曲线 的位置 与形 状 的确定 ． ．
水平 直 元 线 犁 曲面 的 导 线 ， 认 为 是 一 抛 物 线 。 被
犁体 曲面的成形方法有水平直元 线法 、 倾斜直元
收 稿 日期 ：２ ０—０ ０ ０１ ６— ２
其 形 状 由高 度 ｈ和 开 度 ｚ 及 两 端 点 切 线 的 夹 角 、 以
铧式犁主要部件1
旱耕
水耕
(a)南方系列“翻的入土过程分析
旱耕
梯形
凿形
4）犁托、犁柱
2、小前犁
3、犁刀
4、犁架
5、安全装置
1）摩擦销式安全装置
2）单体式犁体安全装置
四、铧式犁的工作过程
直接参与加工土壤的工作部件主犁 体通过犁柱、犁架、牵引或悬挂装 置与拖拉机相连，在拖拉机的作用 下按一定速度向前运动。主犁体运 动过程中由犁铧的铧刃在水平方向 切出土垡的底边，由犁体胫刃切出 土垡的立边，由犁铧和犁壁构成的 犁体曲面使被切断的土垡上升、破 碎并翻转。
犁曲面的特性曲线
（1）碎土曲线（2）翻土曲线（3）推土曲线
2、翻垡原理
思考：滚垡结果有几种情况发生？与什么因素有关？
抬
翻
切
稳定状态
δ—覆盖角
不稳定的平衡（立垡）状态
回垡状态
2、翻垡原理
分析临界状态k=b/a=1.27 δ=arcsin(a/b)=52°
稳定翻垡的条件：k≥1.27
2、翻垡原理 结论：
六、铧式犁的使用、挂接和调整
（一）犁体在使用前的技术状态检查 1．犁铧刃口 2．犁铧与犁壁左侧面形成的胫刃线 3．犁铧、犁壁、犁托应连接 4．垂直间隙和水平间隙
4．垂直间隙和水平间隙
（二）犁架安装及技术状态检查
（三）犁体的安装技术要求
1．在水平面内的检查 2．在铅锤面内的检查 3.主犁体、小前犁与圆犁刀的相互位置
现场教学内容：
铧式犁现场作业演示 牵引犁升降过程演示 耕地机械机具现场教学
五、铧式犁的翻垡和碎土原理
1、三面楔碎土原理
1、三面楔碎土原理
α α
起土： α 将土垡铲起