船式拖拉机船壳减阻综合分析

0引言
船式拖拉机作为我国特有的农业耕作机械从20 世纪70年代发明至今一直备人们的受关注。在船式 拖拉机的研究发展过程中 ，国内学者对其进行了大量 的研究和试验。船式拖拉机是我国南方地区为了适应 深泥脚水田而设计制造的一种新型农用机械装备，其 特点是船体“浮”于土壤表层划行，使“浮”和“沉”、结合 起来。在深泥脚水田中具有沉陷小、阻力小、不破坏泥 土硬底层、提高耕作效率和转向灵活等优点⑴。区颖 刚和邵耀坚図通过实验得出了取长而窄的船底板比短 而宽的阻力小，并且通过计算机对数据拟合得出船体 行驶过程中的阻力半经验公式；李振铺等页对船式拖 拉机船体加装挡条和月牙形侧挡板进行试验和计算， 发现安装挡板有利于阻力的减小；诸葛镇⑷通过对不 同型号的船式拖拉机进行了大量的研究和计算得出船 式拖拉机的接地比压和行驶过程中的阻力关系；王高 波等旳通过CFX软件对船式拖拉机凸包非光滑表面船 壳进行计算，并且对凸包高度、直径、间距进行优化得出 减阻率最小的船壳;D. GewClough等⑷研究表明船式拖 拉机在深泥脚水田工作时阻力较大，且泥浆的边界层是 影响船体阻力的主要因素；王雷等⑺通过仿真得出船壳 的强度并校核得出当速度超过7m/s时.船壳在工作时
1.3流域模型建立和网格划分 本文研究船式拖拉机在深泥脚水田的工作性能，
杨晖I',陈源刘明勇I， (1.湖北工业大学，武汉市，430Байду номын сангаас68； 2.湖北省农业机械工程研究设计院，武汉市,430068)
摘要：为了提高船式拖拉机的工作性能，降低船式拖拉机在深泥脚水田中的摩擦阻力，通过fluent软件对船式拖拉机在深 泥脚水田的工作情况进行仿真模拟，通过改变船壳底板的弧形个数以及弧形的幅值对其减阻效果的研究。研究结果表 明：当船速为2.5 m/s,船壳弧度幅值为35 mm,且弧形个数为1时，其减阻率为7.6%,其对船式拖拉机减阻研究和外型
为了获得土壤泥浆的流变特性和含水率，在实地 取样土壤，用上述的实验仪器测得水田土壤的含水率 为30.52%,密度为1 450 kg/m3 ,泥浆的流变学参数 分别为：To =1 220 Pa,布=94 Pa • s。
(a) DHR-2式旋转流变仪
(b)水田土壤流变参数测量
图1流变参数测量实验 Fig. 1 Rheological parameters measurement experiment
1.2船体模型的建立 由于船式拖拉机船壳内部结构比较复杂，为了使计
算方便和缩短计算时间，通过简化船式拖拉机的模型.
为了使船式拖拉机在深泥脚水田达到减阻的效果把船
壳的底板做成弧形形状。通过SolidWorks对实际船体 建模如图2(a)所示，图2(b)为简化后的单弧船体剖面
图。图2(c)简化后的双弧船体剖面图，图2(d)简化后的 三弧船体剖面图，船式拖拉机的参数如表一所示。
1 模型建立
11水田泥浆的流变模型 为了获得泥浆流变的参数.本实验采用DHR-2式
旋转流变仪，如图1(a)所示，其主要零部件包括多种传 感器、磁悬浮轴承和拖杯马达等，并且配备多种结构的 夹具。图1(b)为实验测量工作图。水田泥浆作为一种 高浓度的悬浊液，其特性与非牛顿液体相似，具有粘、弹 和塑等综合力学特点，诸葛茜等通过对我国南方水田土 壤进行大量的研究和实验得出水田土壤在运动的时候• 可以近似看做为宾汉流体。宾汉流体是一种特殊的非 牛顿液体，只有当土壤的剪切应力大于土壤的剪切屈服 极限时，土壤才会产生应变，而土壤的剪切应力与剪切 速度梯度近似是一种线性关系 。宾汉流体流变特性取
第40卷第6期 2019年6月
中国农机化学报
Journal of Chinese Agricultural Mechanization
DOI： 10. 13733/j. jcam. issn. 2095-5553. 2019. 06. 25
船式拖拉机船壳减阻综合分析
Vol. 40 No. 6 Jun. 2019
有可能发生破坏；船壳刚度评价符合标准要求的结论。 周明刚等通过对现有船式拖拉机的底盘进行动态特性 分析和结构优化改进，设计出新型船式拖拉机底盘结构 以改变船式拖拉机动态特性及结构性能。
在上述的学者研究中，他们仅仅是从某个方面研 究了船壳的减阻效果或者是船壳的刚度和强度，并且 没有把上述问题综合起来考虑，本文通过计算得到单 弧船壳的减阻率和总阻力，并对船壳进行强度校核，其 单弧船壳满足工作要求。
通讯作者：刘明勇•男.1985年生.江西武宁人•博士•副教授；研究方向为机械结构设计级润滑理论。E-mail： 278341025@qq. com
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中国农机化学报
2019 年
决于其流变学参数⑻。简化后的流变学方程表达式
j r = r0 +
To
ly = 0 r < To
式中：T --剪切强度； ro——屈服强度； 7——平均塑性粘度； 7 —剪切速率。
收稿日期：2019年1月8日
修回日期：2019年3月10日
*基金项目：国家自然科学基金(51405142)；湖北省科技厅重大专项(2016ABA091)；国家重点研发计划(2O17YFDO7O1105-03)
第一作者：杨晖，男，1995年生，湖北荆州人•硕士研究生；研究方向为流体动力学。E-mail： 562530193@qq. com.
的设计具有一定的指导意义。 关键词：船式拖拉机；深泥脚水田；减阻率
中图分类号：S219 文献标识码：A 文章编号:2095-5553 (2019) 06-0129-06
杨晖，陈源，刘明勇.船式拖拉机船壳减阻综合分析[J]・中国农机化学报，2019, 40(6)： 129- 133, 151 Yang Hui, Chen Yuan, Liu Mingyong. Comprehensive analysis of drag reduction of ship hull of ship type tractor [J]. Journal of Chinese Agricultural Mechanization, 2019, 40(6): 129 —133♦ 151