水稻秸秆反旋深埋滑切还田刀优化设计与试验

针对水稻秸秆深埋还田时,还田刀作业功耗过高和缠草的问题,结合还田机作业过程,分析还田刀功耗过高和缠草的原因,设计了一种反旋深埋滑切还田刀。使用阿基米德螺旋线设计还田刀侧切刃,提高还田刀的滑切性能,计算并验证侧切刃曲线的动态滑切角满足土壤-秸秆滑出还田刀的条件,使用圆弧曲线设计还田刀正切面,以耕宽和正切面安装角为依据确定圆弧半径为60mm。运用离散元仿真软件EDEM进行了反旋深埋滑切还田刀与传统还田刀的仿真对照试验,结果表明反旋深埋滑切还田刀的秸秆还田率、抛土性能与传统还田刀基本一致,作业功耗降低18.19%,选取留茬高度、刀辊转速和机具前进速度为影响因素,选取作业功耗为评价指标进行正交试验设计,确定影响还田机作业功耗的因素从大到小依次为：刀辊转速、机具前进速度、留茬高度。田间试验结果表明：在土壤含水率为20%~30%,地表秸秆覆盖量为336~353g/m2,拖拉机作业速度为低速一挡（1.5km/h）,刀辊转速为250r/min时,秸秆深埋滑切还田刀作业后,平均耕深为18cm左右,秸秆还田率为87.9%~89.7%,地表平整度为2.1~3.7cm,作业指标均满足秸秆还田的农艺要求。     

水稻秸秆全量深埋还田机设计与试验

针对水稻秸秆全量深埋还田机作业时刀辊前方壅土问题,结合水稻秸秆全量深埋还田机作业过程,分析作业过程中刀辊前方壅土原因,通过运动学及动力学分析,建立在加速阶段及抛运阶段土壤颗粒与还田刀间相对位移模型及在空转阶段土壤颗粒运动模型,利用Matlab对已建立模型求解,确定还田刀的弯折线角为55°、刀辊转速为190 r/min、还田刀弯折角为77°、还田刀宽度为80 mm,并对整机进行配置。以前进速度、留茬高度、离地间隙作为影响因素,以还田率、碎土率、地面平整度及耕深作为响应指标,设计田间试验,并在相对潮湿、粘重的土壤环境下进行适应性试验。田间试验结果表明:水稻秸秆全量深埋还田机可在牵引功率66 k W、留茬高度不大于260 mm、作业速度不大于3 km/h的作业条件下完成作业,还田率达到85%,碎土率与地面平整度均达到95%,前方壅土现象得到明显减轻,且能在相对潮湿、粘重的土壤环境下进行作业,各项指标均优于农艺要求,证明了机具的适用性。     

玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:螺旋开沟器的最佳工作参数组合为:前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明:秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。     

基于多体动力学的秸秆还田机虚拟仿真与功耗测试

针对目前秸秆还田机功耗测试难的问题,提出了利用虚拟测试平台评估还田机功耗的方法。首先建立秸秆还田机Abaqus动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟刀具在入土深度120 mm和90 mm、机具前进速度3 km/h和5 km/h、刀轴旋转速度260 r/min和230 r/min下的工况,对秸秆还田机的功率消耗进行了虚拟仿真;然后构建了田间功耗测试系统,通过对比仿真数据得知相对误差分别为9.06%和8.02%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种入土深度、2种前进速度、3种旋转速度因素组成18种工况,对其进行了仿真分析,结果表明:入土深度一定时,秸秆还田机功耗分别和前进速度、旋转速度呈线性递增关系;在入土深度和前进速度一定时,刀轴转速存在消耗功耗最低的转速,特别是在入土深度和前进速度较大时,刀轴转速对能耗影响明显。     

秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验

为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力,可切割土壤完成开沟作业。利用Matlab对螳螂前端足进行二值化、膨胀、边缘坐标处理得到仿生开沟刀,使用离散元软件EDEM对设计出的仿生开沟刀和普通开沟刀进行仿真对比,并对仿真结果进行土槽试验验证。试验分析结果表明,相比于普通开沟刀,仿真开沟刀在开沟过程中可减少9.48%的阻力。利用Design-Expert 8.0软件的二次正交旋转组合试验设计结合响应面法,分别建立秸秆深埋率和工作效率与机具前进速度、秸秆深埋深度和秸秆覆盖量的回归数学模型。通过分析表明,各因素对秸秆深埋率的影响由大到小依次为：秸秆覆盖量、秸秆深埋深度、机具前进速度;各因素对工作效率的影响由大到小依次为：机具前进速度、秸秆深埋深度、秸秆覆盖量;交互作用中,秸秆深埋深度和秸秆覆盖量、机具前进速度与秸秆覆盖量对工作效率影响显著。经过优化求解,在深埋率权重为0.7、工作效率权重为0.3的情况下得到开沟装置最佳工作参数,在机具前进速度为1.63m/s、秸秆深埋深度为27.97cm、秸秆覆盖量为340.54kg/hm2时,秸秆深埋率为90.491%,工作效率为5.4hm2/h。     

垄作玉米双轴高低刀秸秆粉碎还田机的研究设计

垄作玉米双轴高低刀秸秆粉碎还田机与大型拖拉机配套使用,前轴采用长短锤爪相结合的方式,后轴采用固定动刀,一次作业相当于传统秸秆还田机两次作业,用于垄作玉米等作物秸秆切碎还田作业,变换动刀也可用非垄作作物。本文重点介绍了该机的设计依据、结构特点和设计计算方法。     

二次抛送式棉秸秆粉碎还田机的设计与试验研究

棉花是西北地区重要的经济作物,在新疆得到了广泛的种植,棉秸秆粉碎一般在棉花收获后进行,季节性强,如果棉秸秆不能及时处理,将影响棉田的秋耕冬灌作业。为此,设计了一种一次作业即可完成秸秆粉碎还田并与残膜回收机联合作业的二次抛送式棉秸秆粉碎还田机,并阐述了总体设计方案,确定了抛送装置、粉碎装置等主要部件的结构参数和工作参数的最优值。田间试验表明:还田机在秸秆粉碎刀棍转速为2400r/min、机具前进速度为4～6km/h时,棉秸秆掉落率的平均值为9.52%,棉秸秆粉碎合格率为95.24%,满足了棉秸秆粉碎还田的农艺要求。     

六头螺旋秸秆还田耕整机刀辊设计与试验

针对长江中下游两熟制地区土壤黏重板结,传统秸秆还田耕整机作业质量不理想、刀辊易缠绕和功耗大等问题,提出了一种六头螺旋秸秆还田耕整机刀辊。基于滑切原理设计了等滑切角二次切刀,阐述了刀辊结构及工作原理,分析了二次切刀减阻程度及主要作业参数。田间试验结果表明:各因素对功耗和秸秆掩埋率影响显著性由大到小分别为刀辊转速、耕深、作业速度和耕深、作业速度、刀辊转速,对秸秆粉碎率和碎土率影响显著性由大到小为刀辊转速、作业速度、耕深,通过软件分析得到最优参数组合为:耕深12. 7 cm,作业速度0. 7 m/s,刀辊转速273 r/min。验证试验结果表明:最优参数组合下六头螺旋秸秆还田耕整机功耗、秸秆掩埋率、秸秆粉碎率和碎土率分别为31. 9 k W、93. 1%、87. 5%和78. 3%,与软件预测值之间的误差分别为4. 7%、1. 4%、1. 9%和2. 6%。对比试验结果表明:六头螺旋秸秆还田耕整机功耗和秸秆掩埋率较水旱两用秸秆还田耕整机分别低8. 8%和2. 3%,秸秆粉碎率和碎土率分别高3. 0%和6. 1%。     

玉米秸秆田间粉碎性能试验研究

为了弄清玉米秸秆田间粉碎时机车前进速度、粉碎刀具转速对秸秆粉碎功耗和粉碎合格率的影响,运用二次回归正交试验对田间玉米秸秆粉碎性能进行研究。田间试验发现:当玉米秸秆粉碎刀具转速从540r/min逐渐上升至630r/min时,秸秆粉碎合格率和粉碎功耗随着粉碎刀具转速的升高而升高;当机车前进速度由2.9km/h上升至3.16km/h时,粉碎功耗随着前进速度的增加而升高,但粉碎合格率则随着前进速度的增加而减小。同时,通过参数优化获得:当机车前进速度为2.9km/h、刀辊转速为597r/min时,得到秸秆粉碎性能最佳工作指标,即粉碎功耗为2.98kW,粉碎合格率为90.02%。     

水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验

针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题,运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设,运用离散元法建立土壤颗粒力学模型,应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验,仿真结果表明,耕深在20 cm时,土壤表层覆盖率为93.87%。通过土槽台架试验得到:在作业速度为1.25 km/h、刀辊转速为237 r/min时,耕深可达到22 cm,地表以下15~20 cm翻埋的秸秆占秸秆总量的80%,秸秆还田率为91.63%,同时刀辊轴不缠草。试验结果表明,秸秆还田深度达到水整地环节的要求,秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证,证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能,满足农艺要求。     

无驱动式自动调平水田埋秆起浆整地机设计与试验

为解决东北稻区秸秆全量还田条件下,现有驱动式搅浆机存在动力消耗大、严重破坏土壤结构并使得秸秆漂浮等问题,设计了一种无驱动式自动调平水田埋秆起浆整地机,机具前排星形耙片细碎土壤并掩埋秸秆,后排轧滚进一步碎土埋秆,平地装置平整地表,由电液控制系统实现自动调平,能够为水稻插秧作业创造优良地块条件。通过理论分析和优化设计,确定了优化后星形耙片的各项结构参数和排列方式;设计了带有齿板和刀齿的轧滚,倾斜布置的齿板和直立的刀齿分别对土壤进行横向与纵向的滑切,可提高碎土埋秆效果;改进设计了平地板,〖JP2〗确定了板高为150mm,并针对前进速度、板宽、推压角开展了仿真试验,得到最优工作参数为：前进速度2.4km/h、板宽290mm、推压角44°;采用中心不动法的调平策略,设计了基于倾角传感器和PID算法的自动调平电液控制系统,实现了自动调平系统的快速平稳控制。田间试验结果表明,整机作业后地表平整度为0.73cm,秸秆覆盖率为91.4%,压茬深度为5.98cm,泥浆度为1.18g/cm3,机具各项指标均优于国家标准,该设计可为东北稻区秸秆全量还田条件下水整地机具研究提供参考。     

秸秆还田配施稳定性氮肥对麦玉轮作水氮利用的影响

为探究秸秆还田配施稳定性氮肥对关中地区麦玉轮作体系作物生长及水氮利用的综合影响,并确定合理的高产高效施肥管理措施,设置两种秸秆还田模式(秸秆不还田、秸秆全量还田)和两种施氮措施(常规尿素和减量施用稳定性氮肥),以无秸秆还田且不施肥作为对照,共5个处理,研究分析作物产量、地上部生物量、土壤氨挥发累积量、土壤含水率、土壤硝态氮残留量及水氮利用效率。结果表明：秸秆还田配施氮肥会分别显著提高夏玉米和冬小麦产量28.03%～39.63%和90.10%～112.52%、地上部生物量27.88%～34.00%和78.96%～107.64%;施用稳定性氮肥较施用常规尿素分别降低夏玉米季和冬小麦季全生育期土壤氨挥发累积量50.18%～59.32%和68.21%～73.43%;秸秆还田会显著提高夏玉米季0～10 cm土壤含水率6.29%～21.38%,显著提高冬小麦季0～10 cm土壤含水率6.80%～25.06%;相同施肥措施下,秸秆还田会显著降低夏玉米与冬小麦收获期0～100 cm土壤NO^-₃-N残留量7.34%～10.78%和6.57%～11.24%,在相...     

农田行驶工况下拖拉机振动特性研究

为更了解国产拖拉机的振动情况,对拖拉机行驶在不同工作路面条件下的振动特性进行研究。以CF700拖拉机为研究对象,测试拖拉机分别行驶在水田、小麦秸秆田、稻秸秆田和田间小路四种不同的农田道路上时的振动加速度。试验过程中,对拖拉机前桥、后桥、驾驶室底板与座椅位置纵向、横向和垂向共4个位置8个方向的振动加速度进行测试。结果得到,同等条件下,拖拉机在水田行驶时的振动加速度均方根值最小,在水稻秸秆田行驶时的振动加速度均方根值最大;加速度功率谱的峰值频率主要集中在1~5 Hz,垂向的峰值频率一般大于纵向和横向的峰值频率;前、后轮动载荷系数随速度的增加而增大,均在安全行驶的范围内。该研究为后期设计适合国内路面情况的拖拉机减振装置提高理论依据。     

高茬黏重稻茬田油菜直播埋茬防堵深施肥复合装置研究

针对长江中下游稻油轮作区油菜直播作业时,因土壤黏重板结,地表前茬水稻留茬高、留存秸秆量大,导致旋耕部件易缠绕,秸秆埋覆率低,致使深施肥铲易挂草壅堵,作业厢面拖堆不平,难以实现深施肥作业。本文设计一种适应高茬黏重稻茬田的油菜直播埋茬防堵深施肥复合作业装置,确定埋茬防堵部件深旋弯刀、浅旋弯刀、防堵直刀和深施肥铲的结构参数及刀片和深施肥铲排列安装方式。利用EDEM仿真分析了机具作业后的秸秆埋覆、空间分布及颗粒肥料深施后的分布深度,结果表明：作业速度为2.5 km/h、耕作深度为150 mm、埋茬防堵部件刀辊转速为345 r/min时,秸秆埋覆率为86.53%、施肥深度为83～106 mm。开展了油菜直播机4种田间作业工况验证试验,结果表明：埋茬防堵深施肥复合作业装置田间作业性能良好,实现了肥料深施,秸秆埋覆率为86.69%～90.35%、厢面平整度为16.48～22.65 mm、施肥深度为87.4～109.5 mm、碎土率为81.24%～92.13%。     

稻油轮作区铲锹式油菜直播种床整备机设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区土壤黏重板结、秸秆量大等问题,油菜直播种床整备采用传统旋耕方式常导致耕层浅、埋茬效果不足和平整度较低的实际问题,本文结合油菜种植农艺要求,设计了主动铲锹切土、抛土,并集成被动式开畦沟、碎土、平整厢面装置,实现适宜油菜直播的土壤翻耕、碎土、秸秆埋覆、平整等功能的铲锹式种床整备机;根据铲锹入土角、耕深、切土节距等要求,建立了曲柄连杆机构运动学模型,基于Matlab软件分析得出曲柄连杆机构结构参数;根据铲尖运动轨迹、切土节距、沟底凸起高度等要求,确定了左右交错式铲锹和螺旋式的曲柄排列方式,开展了机组运行参数的匹配设计,得出了机组前进速度vm为0.4~0.5m/s、曲柄转速n为240r/min;同时开展了土壤被铲锹抛出后运动过程分析,确定了罩壳安装参数;建立了基于离散元方法的耕作部件-土壤-秸秆相互作用仿真模型,应用EDEM 与ADAMS软件耦合分析了机具的秸秆埋覆性能,仿真结果表明,平均秸秆埋覆率为91.64%,可实现秸秆深埋还田。田间试验表明,在高茬水稻秸秆工况下,铲锹式种床整备机的平均作业耕深为215.3mm,与传统旋耕方式相比,平均耕深提高99.2mm;秸秆埋覆率为89.43%,相比传统旋耕方式的埋覆率提升了27.61个百分点,且机组无缠绕和堵塞,通过性好,整机作业质量达到稻茬地油菜直播种床整备的要求。     

自解捆式果园秸秆覆盖机设计与试验

针对果园秸秆覆盖机不适应捆状秸秆、装载量小以及覆土装置易被碎石卡死问题,设计了一种自解捆式果园秸秆覆盖机。该机型由履带底盘、料箱、解捆铺料装置和覆土装置等组成。解捆铺料装置为齿带式结构,安装于料箱后部。为适应多种秸秆捆尺寸,提高抓料解捆能力和铺料均匀性,通过对解捆铺料过程分析确定了解捆铺料装置高度、倾角和齿带转速等关键参数范围;为了实现切绳和破捆过程滑切减阻,设计了三角形拨料刀齿,并基于刀齿对秸秆的扰动区域分析,对刀齿排布进行了设计;设计了一种双向对抛式覆土装置,同步对秸秆层进行薄土盖压。试验结果表明：覆盖机的秸秆装载量提高到原来的3.1倍;当覆盖机车速在0.8~1.4km/h,解捆铺料装置齿带转速在180~240r/min时,秸秆覆盖层厚度为5.1~18.1cm（标准差小于等于3.4cm）,薄土盖压层厚度为2.3~4.0cm,无卡死现象,满足作业要求;建立的秸秆覆盖厚度模型决定系数为0.9672。该机实现了秸秆解捆、行间覆盖与薄土盖压一体化作业。     

玉米秸秆聚拢排菌覆土还田机的设计与结构分析

秸秆还田是一种直接有效的秸秆资源利用方法。为了加快玉米秸秆还田后腐熟进程,充分发挥秸秆降解菌的作用,设计了集秸秆聚拢、排菌、镇压及覆土多功能于一体的玉米秸秆聚拢排菌覆土还田机。阐述了该机具的总体设计方案及结构工作原理,并分析了聚拢装置的运动轨迹,得到了影响秸秆聚拢性能主要因素的偏角和倾角的较优值。该机具有良好的作业稳定性,联合作业的效果满足农艺要求。