黏性水稻土条件的开沟器开沟阻力研究

在开沟深度为10 cm、3种不同牵引速度的条件下,对双圆盘开沟器和芯铧式开沟器进行开沟阻力测试试验及对比分析.结果表明:当牵引速度为0.1-0.35 m/s时,双圆盘开沟器开沟阻力与牵引速度成线性关系;在相同牵引速度下,双圆盘的牵引比能耗约比芯铧式开沟器小400J,但土壤扰动断面能耗密度比芯铧式开沟器大2个量级;双圆盘开沟器在牵引速度为0.2 m/s时的相对能效系数比牵引速度为0.1 m/s时大38％.     

基于SPH方法的果园螺旋开沟器功耗分析

以一种果园立式螺旋开沟器为对象,土壤模型采用ANSYS切削仿真中最常用的MAT147材料模型,在动力学仿真软件LS-DYNA中计算开沟器在切削土壤过程中的能量变化,对得到的能量曲线求导得到功率曲线.结果表明,在基于SPH方法的土壤模型中,当刀具全部切入土壤中之后,开沟功率曲线在较小的范围内波动;保持刀具转速n和刀具参数不变,前进速度和平均功率满足斜率为2.7245的线性方程;在土壤模型有效条件下,土壤模型屈服表面推测参数Ah对于稳定切削时平均功率的影响不大;在Ah=2.59×10~(-6)、vy=0.5m/s的条件下,稳定切削平均功率为2.1611kW.     

双垄四行花生垄作播种机种沟开沟器设计与试验

针对我国南方丘陵地区土壤含水率较高导致花生播种机开沟器的开沟沟型不稳定、牵引阻力大的问题,设计了一种适用于南方土壤的花生播种机种沟开沟器,并结合南方土壤模型参数,采用离散元仿真和土槽试验相结合的方法优化开沟器作业参数。利用EDEM平台搭建土壤与开沟器模型,以开沟深度、双翼夹角和入土角为试验因素,以沟型系数和牵引阻力为评价指标,结合响应面法进行Box-Behnken试验,研究各因素及其交互作用对开沟器作业效果的影响规律,并确定最优参数组合为：开沟深度40 mm、双翼夹角98°、入土角144°。对比仿真试验和土槽试验结果,沟型系数和牵引阻力的误差分别为3.78%和6.68%,基于最优作业参数组合得到土槽试验中沟型系数为1.02、牵引阻力为46.3 N。该研究提高了开沟器的作业性能,为南方丘陵地区花生播种机种沟开沟器设计提供理论参考。     

秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min~(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h~(-1),开沟装置转速为270r·min~(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。     

基于EDEM的控位分层施肥开沟器作业过程的仿真与试验

针对免耕播种机分层施肥开沟器存在纵向尺寸大、分层效果差的问题,设计了一种由主开沟器及浅层尾管组成的控位分层施肥开沟器,通过浅层尾管的位置调节,实现分层施肥位置的横向控制。利用EDEM建立开沟器离散元仿真模型,模拟其切土开沟分层施肥作业过程。对开沟器侧位及正位施肥方式的土壤耕作阻力进行了理论分析及仿真验证。结果表明:开沟器侧位施肥方式较之正位方式,具有相对较高的土壤耕作载荷及较小的载荷波动;侧位施肥方式具有较佳的肥料分层效果及更为集中的颗粒空间分布特性。田间验证试验结果表明,控位分层施肥开沟器可实现分层施肥设计功能,正位及侧位方式的平均施肥深度差及施肥深度差变异系数分别为3.9 cm、4.7 cm及10.8%、5.1%,侧位方式具有更明显、稳定的肥料分层效果,且试验结果与仿真结果相一致。     

深施肥条件下双圆盘播种开沟器性能优化

针对东北地区深施肥播种作业中播种开沟器回土性能差导致播种深度过深或烧种等问题,分析双圆盘播种开沟器回土性能。建立双圆盘开沟器与土壤运动模型,分析空间土壤颗粒位移影响因素。分析双圆盘开沟器作业后土壤回流状态,利用沟形轮廓仪绘制沟形轮廓曲线,采用分段曲线拟合方式结合数学积分法得出播种开沟器回土面积。以牵引阻力和回土面积为评价指标,土壤含水率、双圆盘开沟器直径、夹角、倾角为变量,在土槽中作正交试验。采用极差法分析试验结果,得到影响双圆盘开沟器牵引阻力和回土面积主次因素及双圆盘开沟器最优组合:在土壤含水率为12%±1%情况下,开沟器圆盘直径320 mm、圆盘夹角12°、圆盘倾角6°。选用最优参数组合双圆盘开沟器与传统双圆盘作土槽和田间对比试验,结果表明,最优参数组合双圆盘开沟器作业性能优良,可为双圆盘播种开沟器优化设计提供借鉴。     

草地切根施肥补播开沟装置的设计与试验

为克服草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的开沟问题,在草地切根改良的基础上实现施肥补播,采用破土刀齿破茬-种沟双圆盘开沟器开沟覆土-肥沟双圆盘开沟器压土成沟并覆盖种沟的工艺构建种床与肥床,设计分层交错式覆土开沟装置,建立种沟与肥沟双圆盘开沟器需满足的参数关系。基于土壤扰动造成土壤坚实度下降理论,通过对比试验,确定种沟开沟器距切根沟缝的距离对土壤坚实度的影响,得到将种沟开沟器布置在距离切根沟20mm处,可使开沟器入土处的土壤坚实度下降62%。将分层交错式覆土开沟装置应用于9QFB-2.4型破土切根施肥补播复式作业机,田间试验结果表明:该装置能够实现稳定开沟,形成深47.3mm、宽29.1mm的肥床与深44.7mm、宽19.5mm的种床,施肥和播种深度合格率分别达到80%和83%,且对土壤的扰动程度小于14%,有利于草场植被的保护。     

圆盘开沟器动力学振动模型的研究

为改善圆盘开沟器的振动性能,建立了圆盘开沟器的动力学振动模型,利用MATLAB软件对该模型进行仿真分析。结果表明:当播种机前进速度由2.65 m/s提高到4.15 m/s时,开沟器谐振振幅由37.2 dB增加到38.1dB,谐振频率由14.5 Hz上升到19.6 Hz。田间试验结果表明,相同速度条件下,安装液压阻尼器可提高开沟器与土壤作用时的减震性能,同时播种覆土均匀性也得到改善。     

原茬地大豆垄上双行开沟器结构参数优化

针对大豆垄上双行免耕播种作业过程中开沟器入土困难、开沟器堵塞、种沟构建质量差等问题,设计原茬地大豆垄上双行开沟器结构参数优化试验。通过分析工作过程中土壤颗粒在导流板表面运动规律,确定影响土壤颗粒运动规律关键结构与作业参数。采用四因素三水平正交试验方法,以分土角、运土角、导流角为试验因素,开沟深度变异系数和横向粒距变异系数为评价指标。优化结果为在作业速度8 km·h-1条件下,分土角65°,运土角30°,导流角45°时,开沟深度变异系数0.091、横向粒距变异系数0.035,作业过程无堵塞现象。将结构参数优化后双行开沟器与分体式双圆盘开沟器作比较试验,结果表明,开沟深度合格率提高11%,种子粒距横向分布合格率提高32%,开沟深度变异系数降低43.5%,横向粒距变异系数降低66.6%。研究结果为原茬地作物双行免耕播种机具推广应用提供技术支撑。     

滑动式开沟器关键结构参数对种床土壤特性的影响

在免耕播种过程中,滑动式开沟器的结构参数对开沟后的种床效果有显著影响,进而影响作物生长和产量。为了分析滑动式开沟器的关键结构参数对表面0~10cm土层土壤特性(土壤容重、土壤水稳团聚体(WSA)和土壤扰动量)和表层秸秆扰动量的影响,设计具有不同结构参数(刃口厚度、刃口曲线、入土隙角和入土角)的滑动式开沟器在免耕条件下进行试验。通过正交试验和单因素试验分析不同结构参数的影响。结果表明,入土角、刃口厚度和刃口曲线对种沟扰动截面积(A_f)和表层秸秆扰动量具有显著影响;入土角对土壤容重有显著影响。土壤类型和作业深度对滑动式开沟器作业时的土壤扰动量具有显著影响。凹线型滑动式开沟器会产生最少的土壤扰动量和种沟内最小的土壤容重,最大的表层秸秆扰动量和0.5mm土壤水稳团聚体(W_(SA))的含量。随着滑动式开沟器入土角的增加,种沟宽度(W_(sb))和种沟扰动截面积(A_f)分别先减小后增加,而抛土宽度(W_(st))和垄起高度(H_r)逐渐增加。入土角为60°的滑动式开沟器分别创造出最小的种沟宽度(W_(sb))和种沟扰动截面积(Af);入土角介于45°与60°间的滑动式开沟器可产生最小的土壤容重。随着入土隙角的增加,0.5mm土壤水稳团聚体(WSA)的含量会减小,而对0.5mm土壤水稳团聚体(W_(SA))含量的影响不明显。刃口厚度(2mm)对种床土壤特性的影响不明显。本文为创造适宜种床环境的滑动式开沟器的结构优化提供参考,有利于促进中小型免耕播种机的推广。     

油菜种床整备开畦沟仿靴形锐角开沟犁设计与试验

针对长江中下游土壤黏重板结、含水率波动大及前茬水稻秸秆留存量大的复杂工况和油菜种植需开畦沟的生产要求,研制了油菜机械直播种床整备开畦沟仿靴形锐角开沟犁。选择平滑抛物线作为滑切刃口曲线,开展仿靴形锐角开沟犁三面楔建模和犁体与土壤相互作用动力学分析,确定滑切刃口曲线的滑切角范围为23°～67°、犁体入土角为30°、犁尖张角为60°,挡土板的长度为400 mm,翼板倾角为40°～79.2°。田间试验表明,仿靴形锐角开沟犁可开出沟宽为200～400 mm、沟深为175～250 mm的梯形沟,沟宽及沟深稳定性均达90%以上,且翼板倾角为46°、开沟深度为183 mm、作业速度为0.6 m/s时,开沟作业效果满足油菜种植农艺要求。     

番茄链式纸钵苗移栽机栽植机构参数优化试验

为提高番茄钵苗机械化移栽效率,以链式纸钵苗高速、有序、有效栽植为目标,设计一种分离辊角度可调差速式番茄链式纸钵苗移栽试验台。采用二次正交旋转中心组合试验,选取作业速度、开沟器入土深度和覆土镇压器夹角为影响因素,以钵苗直立度合格率和株距变异系数为评价指标,通过土槽移栽试验,研究栽植机构结构与作业参数对栽植机构作业质量影响。结果表明,作业速度0.6~0.68 m·s-1,开沟深度103~116 mm,覆土镇压器夹角为40°时,番茄钵苗移栽直立度合格率大于90%,株距变异系数小于10%,满足番茄钵苗移栽技术要求,为番茄链式纸钵苗移栽机研发提供参考。     

茶园节能型开沟刀设计与试验

针对茶园机械化开沟减阻减耗需要,设计茶园节能型开沟刀,用于减小茶园开沟时的开沟功耗。通过理论分析确定节能型开沟刀侧切刃与正切刃曲线方程,通过离散元仿真方法确定侧切刃螺旋线终点处滑切角与正切刃在侧切刃平面内展开曲线终点处静态滑切角分别为62°、56°。对设计完成的节能型开沟刀进行田间试验,试验结果表明:在开沟深度为15、20、25 cm时,节能型开沟刀的开沟功耗分别为0.093、0.107、0.128 kW,均小于对照组通用开沟刀的开沟功耗,说明设计的节能型开沟刀在各个开沟深度均能够达到降低开沟功耗的目的。此外节能型开沟刀在不同开沟深度的沟深稳定性系数均大于90%,高于国家标准和对照组通用开沟刀试验结果,说明设计的节能型开沟刀在降低作业功耗的同时,可保证开沟质量。     

2CM-4型马铃薯播种机设计与试验

针对我国黄淮海地区马铃薯种植模式特点和农艺要求,设计了一种两垄四行马铃薯播种机.该机主要由机架总成、整地装置、地轮动力驱动装置、施肥装置、排种装置、覆膜装置、开沟器等组成,可一次性完成开沟、施肥、播种、起垄和覆膜等作业.通过对关键零部件的研究分析,确定了其相关结构和工作参数.样机田间试验结果表明,该机性能稳定、作业效果较好,种薯间距合格指数为95.0%,重种指数为2.7%,漏种指数为2.3%,种植深度合格率为91.1%,各行排肥量一致性变异系数为6.5%,总排肥量稳定性变异系数为5.2%,各项性能指标均优于马铃薯播种相关要求.     

油菜钵苗移栽机成穴器外形优化试验研究

为了降低油菜钵苗移栽机成穴器的入土阻力及穴内回土量,根据油菜钵苗移栽的农艺要求,结合垂直入土成穴作业的特点,开展了成穴器外形优化研究。以油菜钵苗移栽机成穴器外形（方锥台形、圆柱台形、正菱台形）、下端尺寸、入土深度为试验因素,利用离散元法对成穴过程进行仿真分析,以成穴器的入土阻力与穴内截面回土系数为指标评价各试验因素对成穴作业质量的影响。仿真结果表明,较优的成穴器外形为圆柱台形,所成孔穴上端尺寸为72 mm,有效深度为43 mm,入土阻力为62.8 N,穴内截面回土系数为0.07。结合物理试验对成穴器作业性能进行验证,结果表明,孔穴上端尺寸、有效深度、入土阻力和穴内截面回土系数的试验结果与仿真结果之间的误差平均值分别为5.7%、6.9%、5.3%、22.2%。结果表明,优化后的成穴器外形及参数组合合理,所成孔穴满足设计要求。     

船形铲式蔬菜种植开沟器的设计

根据开蔬菜种植沟的农艺要求,创新了船形铲式开沟器的结构和工作原理,确定了入土角、入土隙角、铲头张角、铲刃最小半径、船头前倾角、铲头长度、船身长度为作业性能影响参数。在根据性能参数值绘制开沟器的型线图的基础上,用UG软件设计了一种船形铲式蔬菜种植开沟器,并对开沟器进行了作业曲面的光顺性检查改进和开沟过程中受力性能的有限元分析优化,最后3D打印出开沟器模型以供评测和指导量产。     

2BMFDC-6型稻茬麦半旋播种机设计与性能试验

针对西南地区稻茬小麦面临的粘湿生态环境和秸秆还田技术问题,进行了适宜播种机具的设计研制与性能试验.①研制的2BMFDC-6型半旋播种机,由手扶拖拉机驱动,整机重量轻,动土量少,能耗低,一次作业即可完成播种、施肥、盖种等工序,省工高效.作业时只对播种带进行浅旋开沟,种子撒落于播种沟内,泥土、根茬和碎草混合盖种,较好地解决了播种质量和稻草还田问题.②田间性能试验表明,无论稻草是否还田,2BMFDC-6型半旋播种机都具有良好的适应性和播种效果.无稻草还田条件下,播种质量、产量和效益均显著高于SCTNB-180Z4/8型全旋机播和免耕人工撒播处理.稻草还田条件下则以"半喂入"收割机收获水稻并切割抛洒稻草的播种效果更好.③播种阶段耕层土壤含水量适宜范围25%～40%,适宜播种量120～180kg/hm2、施氮量150～180kg/hm2.