单侧筑埂机镇压筑埂装置工作动力学参数测试与试验

为获得筑埂作业时土壤对其关键部件镇压筑埂装置的作用力,以1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机筑埂装置为研究载体,采用应变传感器设计了镇压筑埂装置动力学参数测试系统,并搭建动力学测试试验台。对镇压筑埂装置的工作参数进行测试,以镇压筑埂装置前进速度和转速为试验因素,以田埂成型过程中土壤对弹性羽片作用力和田埂坚实度为性能指标进行单因素试验,获得弹性羽片受土壤作用力、田埂坚实度与镇压筑埂装置前进速度、转速之间的关系。试验结果表明:当镇压筑埂装置转速一定时,随着机具前进速度的增加,土壤对弹性羽片作用力平均值增大,田埂坚实度减小,变化范围分别为:2 838.1~5 695.2 N和2 250~1 680 kPa;当机具前进速度一定时,随着镇压筑埂装置转速的增加,土壤对弹性羽片的作用力平均值与所筑田埂坚实度均增大,变化范围分别为:3 203.8~5 990.3 N和1 460~2 180 kPa。经试验验证,工作参数测试系统的设计符合实际要求,为类似结构装置的相关参数测试提供了参考。     

水田双向修筑埂机设计与试验

为提高筑埂作业效率与质量,减轻作业劳动强度,解决水田田埂拐角处无法机械筑埂的问题,设计了一种旋耕和镇压部件可180°水平回转的水田双向修筑埂机。阐述了关键部件横向偏移机构与180°水平回转调节机构的结构及工作原理。建立横向偏移机构和180°水平回转调节机构运动模型,通过运动学分析,获得了可满足不同作业条件下偏移要求的运动部件结构参数,得出旋耕和镇压部件回转过程趋于稳定的条件。对水田双向修筑埂机进行田间作业性能试验,试验结果表明:当作业速度分别为1. 5、2. 0、2. 3 km/h时,田埂坚实度平均值随筑埂后间隔时间的增大而增大,田埂坚实度变异系数随筑埂后间隔时间的增大而减小;间隔时间相同时,埂侧坚实度平均值高于埂顶,田埂各测量位置稳定值均不低于1 332 k Pa。前行与倒行两种作业方式所筑田埂均满足水田筑埂农艺要求。     

羽片叠压式水田筑埂机的优化设计与分析

为解决目前人工筑埂存在的效率低和筑埂均匀性差等问题,设计一种羽片叠压式水田筑埂机。阐述机具整体设计方案及工作原理,该机采用振动压实和羽片叠压两道工序,使所筑田埂坚实稳定,并对其关键部件镇压筑埂装置和旋耕集土装置进行理论分析与结构设计。为探究镇压筑埂装置和旋耕弯刀的结构参数对筑埂机作业效果的影响,建立筑埂机关键部件—土壤离散元模型,使离散元与有限元耦合,对机具进行强度分析。分别以镇压轮和旋耕弯刀的结构参数为试验因素,田埂坚实度和扭矩为试验指标,进行仿真作业试验。分析结果表明,镇压筑埂装置的弹性羽片与埂底水平方向的夹角为65°,旋耕弯刀的弯折角为120°时,筑埂机作业效果最优,镇压筑埂装置和旋耕弯刀的强度和刚度满足要求。     

基于离散元法的筑埂机旋耕切削性能研究

为提高水田筑埂机筑埂质量和工作效率,探究旋耕弯刀的结构参数和工作参数对筑埂机旋耕切削性能的影响,构建了旋耕弯刀—土壤的离散元模型,同时对旋耕弯刀工作时复杂的受力情况进行分析。以IT245旋耕刀为基础,设计了几种不同的旋耕刀片,分别以旋耕弯刀结构参数和工作参数为试验因素,单位幅宽扭矩和扭矩为试验指标,进行两组正交试验。通过极差分析,得到影响旋耕弯刀功耗的3种主要工作参数,并探究其对旋耕弯刀碎土效果的影响规律。综合分析得到旋耕弯刀参数最优组合为:正切面端面刀高60mm,侧切刃包角27°,弯折角120°,幅宽60 mm,工作转速300 r/min,前进速度0. 3 m/s,工作深度100 mm。该研究为探讨刀具与土壤相互作用机理、降低水田筑埂机作业能耗及提高碎土效率提供了参考。     

水田筑埂装置结构与受力分析

水田筑埂是水田作业的重要环节之一,好的田埂不仅能够节约水资源,而且能够提高粮食产量.机械筑埂与人工筑埂相比,既保证了筑埂质量,节约了成本,又提高了筑埂效率.为此,对所设计的水田筑埂装置的旋耕集土装置、推压筑埂装置和侧向力抵消装置进行了工作原理阐述和受力分析.同时,对推压圆盘所受的侧向力和如何抵消该侧向力进行了研究,旨在为我国水田筑耕机具的研制提供参考.     

基于有效落种空间的甘蔗横向种植机开沟器设计与试验

针对甘蔗横向种植对落种质量要求高的问题,基于有效落种空间形成条件,设计了一种组合式甘蔗横向种植开沟器,主要由防漏犁、旋耕部件和开沟犁构成。通过分析落种运动与土壤运动规律,确定影响落种效果的因素以及各关键部件的结构参数。以旋耕转速、工作深度和前进速度为试验因素,以有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力为试验指标开展田间正交试验,探究作业参数对开沟器性能的影响规律。试验结果表明,工作深度对有效落种深度、旋耕功耗和开沟阻力有极显著影响;旋耕转速对旋耕功耗有极显著影响;前进速度对旋耕功耗有显著性影响。使用较优作业参数组合进行验证性试验的结果表明,在旋耕转速为200 r/min、工作深度为30 cm和前进速度为1.20 m/s时,有效落种深度为29.9 cm,落种深度稳定性系数为97.6%,覆土厚度为8.8 cm,浮土厚度为3.4 cm,旋耕功耗为34.0 kW,单侧开沟阻力为14.1 kN,开沟器性能指标满足甘蔗横向种植的落种要求。     

玉米根茬破碎还田装置设计与试验

分析了玉米根茬破碎还田装置中直刀、旋耕刀、月牙刀的破茬原理,试验验证了月牙刀滑切破茬具有土壤扰动小、功耗低、破碎能力强的特点.以刀辊转速、机器前进速度、切刀入土深度为试验因素,以功耗、破茬合格率为试验指标,分别建立了表征月牙刀破茬性能的数学模型,确定最佳参数为:切刀入土深度48 ram,机器前进速度0.77 m/s,刀辊转速266 r/min.在试验范围内,切刀入土深度对功耗的影响最大;刀辊转速和机器前进速度对破茬合格率影响最大.     

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。     

水田双向修筑埂机回转调节自动锁定装置设计与试验

为提高筑埂作业效率、减轻劳动强度,解决水田双向修筑埂机在切换作业方式过程中因手动控制精度不高、摆动较大而导致回转不平稳及无法自动锁定的问题,设计了一种可使旋耕和镇压部件回转调节自动锁定的装置。阐述了整体结构及工作原理,建立回转调节自动锁定装置的模型,通过运动学及动力学分析,获得了回转过程的角加速度范围为0.038~0.154 rad/s²,确定所需电动推杆电动机的额定输出扭矩为1.64~6.71 N·m。通过对电动推杆运动速度的求解,得到电动推杆伸长速度与回转时间的关系曲线,并据此进行控制系统设计,实现了通过手机控制自动转向、解锁及接收反馈信息的功能。对锁销进行受力分析,得到锁销受到的最大阻力为18 470 N,确定锁销的直径为10 mm。进行回转性能试验,记录一个回转周期内链传动箱的回转调节状态,并与理论运动状态进行对比,结果表明:整个回转周期的均方误差为1.01(°)²,回转调节过程与理想运动过程较为吻合,控制系统精度较高;水田双向修筑埂机田间作业所修筑田埂的埂顶与埂两侧坚实度为1 180、2 050 k Pa,回转调节自动锁定装置锁定牢靠,不影响田间正常筑埂作业。     

新型水田筑埂机试验研究与分析

水田筑埂机大大提高了筑埂速度,降低了人工劳动强度。通过大量的田间试验和数据分析,找出机具作业速度和土壤含水率对水田筑埂机作业质量的影响,从而达到指导农业生产的目的。     

基于离散元法的甘薯起垄机旋耕刀抛土性能仿真试验

为了验证甘薯起垄机上IT260型旋耕刀的抛土性能，在EDEM离散元软件中进行了仿真试验，将仿真数据与理论数据进行对比。结果表明，在IT260型旋耕刀前行速度1.54 m/s、转速330 r/min、耕深0.12 m的工况下，平均抛土量153.37 kg，满足起垄所需的土壤量需求。建立的三维模型可为今后甘薯起垄机旋耕刀的研究设计提供参考。      

密植果园开沟施肥机开沟刀片设计与试验

针对现有开沟刀片在密植果园开沟施肥过程中存在功率消耗大、沟深稳定性差的问题,运用旋耕理论和试验分析的方法,设计了一种正弦指数曲线型开沟刀片。通过分析拖拉机前进速度、刀盘转速以及二者相互作用对功率消耗和沟深稳定性的影响,确定了正弦指数曲线型开沟刀片工作参数的最佳组合为:拖拉机前进速度1 m/s,刀盘转速为200 r/min。以正弦指数曲线型开沟刀片B处弯曲角、弯曲半径、C处弯曲角为影响因子,以功率消耗和沟深稳定性为响应值,通过三因素四水平正交试验,确定了正弦指数曲线型开沟刀片结构参数的最佳组合为:B处弯曲角为95°,C处弯曲角为140°,弯曲半径为9 mm。对正弦指数曲线型开沟刀片和现有开沟刀片进行对比试验,结果表明:在工作参数和开沟深度相同的条件下,正弦指数曲线型开沟刀片比现有开沟刀片功率消耗下降3.29 k W,沟深稳定性提高8.83个百分点,各项技术指标均达到了国家相关标准的技术要求。     

免耕播种机浅旋清茬斜置式防堵装置设计与试验

针对黄淮海地区玉米免耕播种作业时,过量小麦秸秆残茬堵塞开沟器的问题,提出一种以拨离残茬和浅旋根茬形式实现苗床清整的斜置式防堵装置。通过理论分析对防堵装置结构参数进行设计,确定了各参数的范围和相互关系,并根据装置结构对耕刀拨茬入土和脱茬离土的过程进行受力分析,确定了影响工作性能的因素。运用离散元方法模拟防堵装置在田间作业过程,以秸秆清除率、土壤扰动系数和功耗为评价指标,对装置倾角、转速和前进速度进行回归分析和显著性检验,确定了各因素对评价指标的影响及主次顺序。通过对回归模型进行多目标函数优化求解,得到最优参数组合为：转速400r/min、前进速度6km/h、倾角18.5°,此时秸秆清除率为74.5%、土壤扰动系数为34.7%、功耗为1.36kW。以优化得到的参数对装置进行土槽试验,试验结果表明：转速为400r/min、前进速度6km/h、倾角18.5°时,秸秆清除率为92.5%、土壤扰动系数为29.6%、功耗为1.51kW,试验结果与仿真试验优化结果相吻合,满足设计要求。     

雪茄烟叶可调式苗床起垄铺膜机设计与试验

针对我国雪茄烟叶种植苗床整理阶段工序繁琐、农艺要求高、工作量大、效率低且缺乏专用机具,现有其他作物的苗床整理机具主要适用沙壤土的作业环境且多采用被动起垄,在我国雪茄烟叶种植区域偏黏性土质工况下起垄效果差的问题,结合雪茄烟叶根系生长特点与苗床农艺要求,设计了雪茄烟叶可调式苗床起垄铺膜机,可实现旋耕、深施肥、起垄、铺膜和膜边覆土的一体化作业。根据起垄成形原理及垄形要求,确定了旋耕集土作业参数,对整形镇压辊进行了结构设计及力学分析,阐述了苗床高度调节原理,匹配了机具前进速度、旋耕集土起垄装置转速与整形镇压辊转速之间的速度关系,并结合地膜破损条件和膜边覆土影响因素,分析确定了压边轮和覆土圆盘的结构及工作参数。田间试验表明,作业后垄体的平均垄高为277.4 mm、垄基宽为701.8 mm、垄距为1 230.2 mm、垄沟宽为514.4 mm,垄高、垄基宽、垄距及垄沟宽的稳定性系数均大于94%;两种工况下的平均膜边覆土宽度分别为71.7、75.6 mm,稳定性系数分别为88.87%、87.00%,各项试验指标均满足雪茄烟叶种植要求。     

全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

冷浸田起垄平整装置设计与试验

针对冷浸田终年积水、水土温度低及排水不良,需进行垄作栽培水稻的生产要求及目前缺乏相关机具的生产现状,设计了一种适宜于冷浸田作业的起垄平整装置,该装置主要由起垄辊、微垄开沟器及平整部件组成,实现大垄排水、微垄蓄水作业,利于冷浸田排水及水稻种子生长发育。根据《冷浸田机械起垄水稻栽培技术规程》,对起垄辊、微垄开沟器及平整部件关键参数进行了设计,确定起垄辊回转半径为560 mm、锥形面倒角为28°,微垄开沟器宽度为50 mm、高度为40 mm及平整部件可调节角度为5°。基于DEM-FEM耦合仿真分析确定了装置较优运行参数,当机具前进速度为0.6 m/s、旋耕刀辊转速为230 r/min、起垄辊转速为120 r/min时,土壤回流率为3.51%,并进行了起垄辊应力应变分析。田间试验结果表明,平均垄沟沟深为160.03 mm、沟顶宽为174.84 mm,平均垄顶宽为1 888.89 mm,平均厢面平整度为11.26 mm,平均微垄沟沟宽为60.16 mm、沟深为36.48 mm,各项指标均满足冷浸田机械化起垄作业要求。     

小白菜复式播种机犁旋辊压驳岸型种床起垄装置研究

针对长江中下游地区小白菜直播作业时,因土壤含水率波动大导致播种机后托板起垄种床厢面不平整的问题,提出了适应小白菜生长的犁耕开沟、旋耕碎土和主动辊压式起垄与平整结合的联合耕整作业方案,结合小白菜种床合理构建技术及大田旱作耕整作业要求,设计了一种小白菜复式播种机犁旋辊压驳岸型种床成型装置。根据土壤挤压和垄体曲面成型原理,分析了种床辊压成型的动力学原理,确定了起垄辊的主要结构和工作参数。田间起垄试验表明,整机作业速度为2.0~5.0km/h,作业后垄体的垄高合格率、垄顶宽合格率和垄间距合格率分别为90.00%、93.33%和96.67%;双垄垄顶处的土壤坚实度稳定性系数均不低于92.36%,双垄垄壁处的土壤坚实度稳定性系数均不低于92.53%;垄顶厢面地表粗糙度的最大差值为2.19mm。采用驳岸型种床装置垄播的小白菜单行苗数变异系数及各行苗数一致性变异系数均低于10%,满足小白菜直播农艺要求。