深松铲扰动下天然草地复合土层失效特性的试验研究

为研究深松铲类耕作部件作用下天然草地扰动失效过程,采用草地耕作试验台搭载不同类型和具有不同结构参数的深松铲,在不同作业深度下,进行草地扰动失效试验,对草地土层失效过程、扰动情况、翻垡率、扰动系数、蓬松度,以及耕作部件的作业阻力和沟形面积比阻进行对比分析。试验结果表明:利用深松铲可以打破天然草地形成的“地表干草+植物根茎+土壤”的“夹层式”复合土层结构,对草地土层造成扰动,但其作业效果受作业深度、结构参数以及“夹层式”复合土层结构的影响。深松铲作业后产生的地表翻垡率为5.67%~12.25%,扰动系数为63%~74%,蓬松度为38%~49%。综合所有的扰动失效特性参数,在所试验的深松铲耕作部件中,双翼倾角为150°的双翼形深松铲在草地深松作业时对草地地表扰动和土壤翻垡情况影响较小,对土壤的扰动系数较高,作业效果最佳。     

深松耕作阻力的影响因素分析与减阻策略

【目的】识别深松耕作阻力的关键因素及其影响程度,为深松减阻技术与装备研究奠定基础。【方法】采用7因素3水平正交试验和单因变量方差分析方法,研究深松机铲形(箭形、凿形)、铲距(300,400,500mm)、入土角(18°,23°,28°)、土壤含水率(10%,15%,20%)、土壤坚实度(1 000,1 500,2 000kPa)、耕深(250,300,350mm)及牵引速度(2,3,4km/h)对深松耕作阻力的影响。【结果】铲形、铲距、入土角、土壤含水率、土壤坚实度、耕深、牵引速度的检验概率依次为0.613,0.057,0.056,0.495,0.013,0.001和0.797;不同因素对耕作阻力影响程度的排序为耕深土壤坚实度入土角铲距土壤含水率铲形牵引速度,且耕深、土壤坚实度、入土角、铲距对深松耕作阻力变化影响显著。【结论】为减小深松耕作阻力、提高耕作质量,建议在满足农艺要求的前提下,深松深度的确定应以"耕作层+犁底层"的厚度为主要依据;深松作业间隔年限的确定应将土壤坚实度作为重要评价指标;合理配置深松铲的入土角和铲距有助于减小深松作业阻力和提高作业质量。     

基于EDEM的双翼式深松铲设计与仿真试验

设计了一种由铲柄、铲翼及铲尖组成的双翼式深松铲,建立了基于EDEM离散元仿真模型,分析确定了双翼式深松铲主要工作参数及结构参数并进行仿真试验.结果表明,在试验范围内,双翼式深松铲耕作阻力F随铲翼翻土角γ及起土角α增大而增小,随耕作速度v先减小后增大.当双翼式深松铲铲翼翻土角γ取30°、起土角α取30°、耕作速度v取0.75 m/s时,双翼式深松铲耕作阻力F最小.土槽试验结果表明,双翼式深松铲作业时,土壤沿铲翼后部自动向内及后方迁移,土壤原地翻转,不堆积在侧边地表且两侧扰动小.     

深松铲研究进展与分析

机械深松是保护性耕作的重要一环。深松铲是深松机具的首要部件。本文从阐述机械深松和深松铲入手,探讨了国内近年来深松铲的研究进展,对深松铲的减阻研究分结构形状减阻、表面状态减阻和综合减阻3个方面进行了细致的探讨,分析了深松铲的研究进展,并提出了研究建议。     

国内外深松铲研究现状与展望

深松技术是保护性耕作重要技术之一,深松铲技术标志着深松技术水平。近年来随着我国逐渐实施农田保护性耕作,深松技术的研究及深松铲的研制已经受到科研领域的重视,且得到了一定的发展。本文主要介绍了现有深松铲的类型、特点、松土原理及影响因素,阐述了国内外深松铲研究过程中所使用的方法及研究进展,分析了新型弧状深松铲深松机的理论及优化,提出了有关国内深松机发展过程中需要改进的建议。     

双翼深松铲设计参数的试验研究

本文分析了双翼形深松铲的主要结构参数:翼张角2γ、铲宽 B、起土角α以及使用参数:作业速度 V、耕深 H 等因素对耕作阻力的影响。并在此基础上得到了各因素的合理取值范围,即2γ=80°～85°、α=18°～23°、V=2km/hH<180mm,从而可供在双翼深松铲设计和使用时参考选用。     

深松作业效果试验及评价方法研究

【目的】分析单、双铲深松作业效果及评价方法,为提高耕作质量和减少能源消耗的深松作业提供决策依据。【方法】以箭形深松铲为对象,在模拟大田土壤环境的基础上,利用室内土槽研究了单、双铲深松作业效果及评价方法,提出了土壤硬度变化系数、土壤体积膨松系数、单位松土带宽度耕作阻力系数和土壤相互扰动系数等4个评价指标。【结果】(1)单、双铲深松作业后的平均土垄高度差分别为7.342cm和6.492cm,双铲比单铲的平均土垄高度差减少11.58%,说明双铲深松后的地表平整性优于单铲,且深松铲间距是影响土壤体积膨松程度的主要因素,其对深松后土壤形成的垄形与坑形有重要影响;(2)在土壤扰动区域内,当深松深度为3~17cm时,双铲作业的土壤硬度变化程度较单铲显著,当深度为17~30cm时,单铲作业的土壤硬度变化程度大于双铲;(3)深松单位松土带宽度时,双铲的平均耕作阻力为单铲的0.668倍,较单铲减少69.31N,双铲的能耗较单铲减少33.2%;(4)双铲的土壤相互扰动系数为1.170,深松铲布局方式对土壤扰动有重要影响。【结论】本研究结果有利于深入理解单、双铲的深松作业效果,促进符合节能减阻要求的深松机具的研发及田间作业机器系统的优化选用。     

深松机具研究现状与展望

深松是提高作物产量的一项重要耕作方式,对于促进我国农业可持续发展和保障粮食安全具有重要意义。介绍近年深松面积和深松机数量的变化情况,根据深松铲工作原理及结构特点将深松机分为凿式深松机、全方位深松机,详细描述这2类机具的工作原理、作业特点,并总结现有的典型机具;最后分析现有深松机存在的问题并提出解决方法,为深松机的研究提供参考依据。     

圆弧状深松铲柄的有限元分析

深松技术是保护性耕作重要技术之一,深松铲柄是深松机上最重要的零部件之一,因此其品质的好坏直接影响着深松机工作时的深松效果。本文是利用CATIA对深松铲柄进行三维实体建模,通过田间试验得出前倾角α为40度时的三角形截面最符合工作需要,然后通过接口将模型导入ANSYS中进行网格划分及载荷施加生成有限元模型,并对其进行变形及应力分析,三角形截面的深松铲的强度、刚度能够达到设计要求,满足其工作需要。     

深松机具与耕作阻力

本文分析了影响深松机具牵引阻力的因素。深松作业的牵引阻力与作业速度的平方以及松土深度成正比。铲头形状影响切土、碎土阻力,铲柄形状影响土壤惯性阻力、土壤与铲柄的摩擦阻力及碎土阻力。在粘土地上,园孤形铲柄较前倾直线形铲柄的牵引阻力小,但在沙壤土中,则前倾45度的直线形铲柄较园孤形铲柄的牵引阻力小。因此,应根据土壤类型合理选用深松部件的形状以减小牵引阻力。     

1SZL-420型自激振动深松机的设计与试验

【目的】研制一种自激振动深松机.这种深松机在工作过程中,由于非线性土壤耕作阻力作用到振动深松铲上,压迫弹簧往复振动,从而减小机具的牵引阻力,降低功耗.【方法】通过性能试验和查询已经成熟的技术文献,设计深松铲的结构并优化.为了评估样机性能,进行田间试验.【结果】田间试验表明,从无弹簧到Ⅱ号弹簧,深松机可减阻17.76%,深松深度为386.61~406.23mm,稳定性系数为93.30%左右,土壤蓬松度为24.18%~28.65%,土壤扰动系数为53.55%~57.06%,深松效果良好.【结论】本自激振动深松机能够有效减小牵引阻力,降低机具功耗,各项工作参数达到评定指标.     

1SZL-型自激振动深松机的设计与试验

[目的]研制一种自激振动深松机.这种深松机在工作过程中,由于非线性土壤耕作阻力作用到振动深松铲上,压迫弹簧往复振动,从而减小机具的牵引阻力,降低功耗.[方法]通过性能试验和查询已经成熟的技术文献,设计深松铲的结构并优化.为了评估样机性能,进行田间试验.[结果]田间试验表明,从无弹簧到Ⅱ号弹簧,深松机可减阻17.76%,深松深度为386.61~406.23mm,稳定性系数为93.30%左右,土壤蓬松度为24.18%~28.65%,土壤扰动系数为53.55%~57.06%,深松效果良好.[结论]本自激振动深松机能够有效减小牵引阻力,降低机具功耗,各项工作参数达到评定指标.     

基于离散元法的双翼深松铲耕作行为的仿真分析

分析双翼深松铲耕作行为是探究双翼深松铲耕作机理和优化深松效果的前提。本文采用离散元法建立了双翼深松铲的耕作模型，分析了深松过程中土壤扰动、土壤运动及双翼深松铲的受力情况。结果表明：在双翼深松铲的工作过程中，各层的扰动程度从大到小依次为耕作层、犁底层和心土层；双翼深松铲对土壤的扰动呈“扇形”分布，对土壤的扰动作用主要体现在土壤抬升、土壤的破碎和不同层土壤的混合等方面，犁底层与耕作层的混合程度大于犁底层与心土层；土壤颗粒最大运动速度下各方向数值从大到小依次为z方向、x方向、y方向；双翼深松铲在0.8 m/s耕作速度、300 mm工作深度的工况下，其土壤扰动系数为63.9%，土壤膨松度为11.1%，地表平整度为22.43 mm；双翼深松铲受到的阻力主要来源于土壤对深松铲前进的阻碍作用，双翼深松铲向上抬升土壤也受到了一定的阻力，土壤对双翼深松铲的侧面挤压作用力较小。     

双翼式深松铲的仿生设计及其离散元分析

深松铲是保护性耕作中进行深松的主要工具,其品质直接影响深松的效果.在对双翼式深松铲改型设计的基础上,应用仿生技术研究成果设计出仿生深松铲,并通过Pro/E软件对改型深松铲和仿生深松铲进行三维建模.而后应用离散元软件EDEM 对两种形式深松铲进行仿真分析,得出速度为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m/s时两种深松铲所受的耕作阻力.离散元分析结果表明,两种深松铲在触土过程中耕作阻力变化趋势相同.虽然仿生深松铲具有较好的土壤脱附和耐磨性能,但平均耕作阻力较之改型深松铲稍大.本研究方法为新型深松铲的优化设计提供了参考.     

振动深松机的改进设计与试验研究

针对1SZ-460型振动深松机样机田间试验中出现的振动发生机构轴承应力过大易破坏,振动机构横梁弯矩大易变形等问题,对该振动深松机关键部件进行研究改进,设计新型振动深松机以满足生产需求。通过分析原样机振动发生机构及执行机构的运动过程,设计简支偏心轴式振动发生机构,优化执行部件和机架;通过分析不同形状深松铲松土效果和土壤耕作阻力,改进了深松铲柄;增加了施肥系统,以此减少机器进地次数及对土壤的压实,提高作物产量。田间试验结果表明：新型振动深松机较不振动深松,降低牵引阻力7%～17%,提高工作效率11.1%～16.2%。该新型振动深松机适于玉米等作物的苗前及苗期深松施肥作业。     

深松参数对双翼深松铲耕作阻力影响的仿真分析

利用离散元建立了双翼深松铲的深松仿真模型，分析了深松参数对双翼深松铲耕作阻力的影响。结果表明，双翼深松铲对土壤的作用主要表现在前进过程中对土壤的切削和抬升2个方面；双翼深松铲主要阻力来源于土壤对其前进的阻碍作用，竖直方向上土壤对深松铲抬升作用的阻碍作用也是深松阻力的重要来源之一，双翼深松铲侧方向上的受力非常小；在深松速度0.4～1.2 m/s与深松深度220～300 mm时，深松速度和深松深度对双翼深松铲前进方向的受力均有较大的影响，随着深松深度和速度的不断增加，前进方向的阻力不断增大；深松深度对双翼深松铲竖直方向的受力有较大影响，竖直方向的受力随着深松深度的增加而变大，而深松速度对双翼深松铲竖直方向的受力基本没有影响。     

深松铲耕作阻力的离散元法仿真分析与田间试验

目深松铲的设计制造是一个复杂的过程,本研究基于离散元法对深松铲与土壤的相互作用过程进行了研究。基于传统离散元理论,考虑到土壤颗粒间液桥力作用,建立了土壤颗粒以及深松铲模型。将深松铲在耕速为1 m/s,耕深为180 mm,220 mm和260 mm的条件下进行了离散元法仿真,并获取了耕作阻力曲线。仿真得到的耕作阻力与田间试验结果能较好的吻合,在三个耕作深度下的相对误差分别为2.96%,14.95%以及7.15%。结果证明离散元法能较好的分析深松铲的工作过程,并且对今后进一步优化深松铲的结构有重要意义。     

北方旱地用行间振动深松机的设计与试验

深松作业在不大范围翻动土壤的前提下能有效改善土壤的多项理化性质,是实现耕作可持续发展的重要措施.针对一般深松机具结构不合理、作业时牵引阻力大的问题,设计了一种基于振动减阻原理的深松机,确定了深松铲、曲柄连杆机构、切茬圆盘刀、限深轮和机架等部件的主要结构参数.田间试验表明,该机设计合理,田间通过性强,在对北方玉米旱地进行30 cm耕深的深松时,相比无振动深松机具,机具的牵引阻力下降约21.24％,减阻效果明显.     

全方位深松整地技术

全方位深松技术是通过全方位深松机对土壤进行深松的一种土壤耕作技术,是增加土壤蓄水保墒及排涝能力的一种有效方法,较之铲（凿）式深松、小犁铧深松具有牵引阻力小、消耗动力少、深松范围广、工作效率高等优点,是目前较为理想的深松机具。     

常见深松机种类特点与选用

<正>深松技术是在不翻土、不打乱原有土层结构的情况下,通过深松机作业,打破犁底层,增加土壤耕层深度的耕作技术。深松可熟化深层土壤,改善土壤通透性,增强蓄水保墒能力,促进作物根系生长,提高作物产量。目前,常用的深松机械是间隔深松机、深松整地机、深松免耕播种机,按照深松铲的结