水田筑埂机是一种代替人力筑埂的水田整地机械设备,主要由动力牵引装置、旋切集土装置和镇压成型装置三个部分组成。旋切集土装置作为筑埂机的重要组成部分,对筑埂机的工作效率和工作质量具有很大影响。本文主要对水田筑埂机两侧取土型旋切集土装置展开研究,为满足水田筑埂机碎土集土性能要求,提高旋切装置的工作效率,结合光滑粒子流体动力学法(SPH)及离散元法(DEM)对旋切集土弯刀的结构参数和排列组合对旋切集土性能的影响进行了分析,最终构建了土箱实验平台对弯刀结构旋切集土效果进行了验证。具体研究工作如下:1.选取武汉地区某水田土壤为研究对象进行测试,分别测得了当地水田土壤的含水率、密度、内聚力和内摩擦角等参数,为建立弯刀及组合刀轴与土壤耦合作用的动力学模型奠定了基础。2.建立了基于SPH法的取土弯刀—土壤耦合作用动力学模型,通过LS-DYNA数值计算,分析得到了单刀片与土壤的作用机理,并通过分析单刀片弯折角、弯折半径、侧切刃曲线、工作幅宽、正切面端面高、刀刃线长等结构参数对旋切效率及拋土效果的影响,得到了性能较好单刀片结构参数组合。3.搭建了单刀片土壤旋切土箱试验平台,对不同弯折角弯刀切土过程中的扭矩转速及功率等参数进行了测试,通过与仿真结果对比验证了单刀片结构优化结果的有效性。4.在优化所得的单刀片结构的基础上建立了组合刀轴的三维模型,并采用离散元法对组合刀轴与土壤的作用机理进行了分析。通过改变刀片与刀轴的排列组合方式,优化了组合刀轴整体的碎土效果和功耗,得到了性能较优的组合刀轴结构参数。研究结果表明,改进后取土弯刀旋切过程中有用功利用率增加了20.9%,筑埂集土方向抛土力明显增大;对于组合刀轴,其作业过程中旋切功耗降低了21.83%,土壤破碎率增加了19.06%,优化后所得取土弯刀及组合刀轴结构相比于优化前其旋切集土性能均得到了显著的提升。本文的研究成果为水田筑埂机旋切集土装置结构设计提供了理论依据,对降低水田筑埂机整机功耗、提升整机工作质量有着重要的意义。