大型免耕播种机开沟器结构研究

介绍了免耕播种机的关键部件开沟器的作用,单元盘、双圆盘开沟器的类型,对国际上应用比较广的单元盘开沟器和双圆盘开沟器的结构参数进行了研究、总结,对其他形式的开沟器的结构类型也进行了简单的分析研究,对免耕播种圆盘开沟器的研制有指导意义。     

基于离散元法的芯铧式开沟器设计

传统式芯铧式开沟器被广泛地应用于东北垄作地区,但其开沟宽度大、与土壤产生的阻力大限制其使用。为此,对芯铧式开沟器的结构特点进行研究,确定了开沟器宽度d、入土角α、斜面角β、作业速度v、含水率p为其性能的影响因素,用Solid Works软件建立了一系列不同参数的芯铧式开沟器模型。通过对耕层土壤的物理性质与力学性质的研究,运用EDEM对所设计的一系列芯铧式开沟器进行仿真分析,得到开沟阻力较小的开沟器,其参数为:入土角为50°、斜面角为55°、宽度为50mm。在室内土槽中,进行芯铧式开沟器的性能测试。结果表明:仿真与试验数据具有一定的相关性,且规律基本一致,验证了仿真模型参数选取的正确性。     

开沟器工作阻力的离散元法仿真分析

建立了芯铧式开沟器和播种施肥开沟器与土壤颗粒的二维离散元法分析模型,采用离散元法研究开沟器的工作过程及工作阻力,通过改变开沟器的CAD模型和土壤颗粒参数,分析不同条件下开沟器的工作阻力.在室内土槽进行了2种开沟器的工作阻力测试,并将测试结果与开沟器工作阻力的离散元法计算结果进行了比较,两者的变化趋势基本一致,相对误差在10%～20%之间,由此初步证明了采用离散元法分析开沟器工作过程和工作阻力的可行性,为开沟器的研究和优化设计提供了一种新方法.     

机具评介

北京生产的免耕施肥播种机SGTNB-200Z4/8精量旋播机由西安市旋播机厂生产,2004年内蒙古赤峰市松山区农机局引进进行试验。该机灭茬能力强,机具通过性好,播种侧深施种肥,种、肥隔离但不分层,距苗根系远近适宜;开沟器采用起垄直管式,能够在硬茬地进行作业,开沟器前设置有旋转刀具,作业不壅堵,种床秸秆、杂草少,播深一致,播种均匀。该机一次能完成秸秆压倒、切碎、灭茬、播种、镇压等项作业,适宜硬茬地免耕播种玉米、小麦、豆类。但也发现该机存在以下问题:①作业速度慢,效率低,作业时不便于检查排种、排肥情况;②排种链轮轴与轴套间隙过大,…     

播种机开沟器及其性能测试装置的现状分析

开沟器的种类较多、适应性差异较大,其性能测试装置尤为重要。为此,分析了几种常见开沟器的研究现状,总结了开沟器的测试参数。同时,介绍了目前的几种开沟器性能测试装置,分析了其测试参数和工作原理,并根据存在的问题提出建议。     

平动型油菜开沟器刀刃形状对降阻的影响——基于LS-dyna

开沟器是油菜播种机的核心部件,影响着播种机的工作性能和油菜出芽率。为了改善开沟器的入土性能和减小开沟器工作阻力,本文运用LS-dyna软件对小型手扶式油菜播种机的开沟器切削土壤进行了仿真,并对比分析了6种不同刀刃形状开沟器的工作阻力。结果表明:在其它参数和约束条件相同的条件下,开沟器以0.8 5 m/s前进时,锐角式开沟器的工作阻力小于钝角式开沟器;刀刃为曲线的锐角式开沟器的工作阻力小于刀刃为直线的锐角式开沟器;刀刃为凹曲线的锐角式开沟器的工作阻力小于刀刃为凸曲线的锐角式开沟器;刀刃为曲—曲组合式的开沟器在运行平稳后的工作阻力比刀刃为单一式的开沟器运行平稳后的工作阻力小。     

蔬菜移栽机开沟器的有限元分析——基于Pro/E和ANSYS

应用基于特征的参数化造型软件Pro/E完成了蔬菜移栽开沟器的三维造型,通过接口传递数据,基于ANSYS软件建立了蔬菜移栽机开沟器在工作过程中的扰动和应力云图,从动力学和能耗方面,直观分析了能耗、应力分布与开沟器形状的关系,优化了开沟器的工作参数。通过圆弧型和直线尖角型开沟器对土壤扰动与应力云图的分析表明,直线尖角型结构优于圆弧型结构。     

灌水开沟器的设计研究与有限元分析

灌水开沟器是节水条灌机作业质量的关键部件。根据灌水要求,提出了箭铲式灌水开沟器的设计方案,分析研究了工作原理。在保证较小牵引阻力和良好灌水性能的前提下,确定了结构参数。运用有限元分析ANSYS软件对其进行静强度分析,分析结果表明,开沟器的结构设计合理,满足灌水开沟要求。     

手扶式油菜播种机双圆盘开沟器的设计

开沟器是油菜播种机的关键部件,它影响着播种机的工作性能和油菜出芽率。为了确定开沟器的工作阻力,文章对小型手扶式油菜播种机的双圆盘开沟器进行设计,确定单个开沟器切削土壤的最大切削力为22.3N,此设计为油菜播种机参数优化设计提供参考。     

小麦播种机高速开沟阻力的动态建模与仿真

小麦播种机开沟器作为核心触土部件,阻力大、能耗高,是制约播种机作业速度及高速播种作业质量提升的关键所在。为此,选择无侧翼且宽度较窄的鸭嘴式开沟器,通过对小麦播种机高速开沟作业过程中的阻力来源及与土壤的相对运动过程进行分析,建立了开沟器—土壤动力学阻力模型。利用Abaqus软件建立土壤-开沟器三维动态有限元模型,以开沟器工作阻力为试验指标,在作业速度为8~12km/h范围内进行正交仿真试验,并将试验结果与阻力模型理论值进行对比分析。结果表明:仿真结果与理论值误差在允许范围内,且两者变化趋势基本相同,验证了模型的可靠性,为后面高速播种机开沟器的参数优化设计和实践提供支持。     

小型山地苜蓿播种机开沟器的设计与试验

针对黄土高原山区坡地苜蓿机械化播种存在着开沟阻力大、入土性能不佳等问题,设计了一种曲面刃口型种肥正位分施开沟器。采用中心组合试验设计方法进行开沟器的机播试验,建立了开沟性能与行走速度、入土隙角、铲面张角的数学模型,并采用响应面优化分析,得到了开沟器的最佳结构参数。田间试验表明,播种机以0.8m/s的速度行驶、入土隙角为8°、铲面张角为32°时,开沟效果最佳,开沟器入土性能较好、开沟阻力小。     

基于LS—dyna的油菜单圆盘开沟器切削土壤动态仿真

开沟器是油菜播种机的核心部件,它影响着播种机的工作性能、油菜出芽率。为改善开沟器的入土性能和减小开沟器工作阻力,本文运用LS—dyna软件对小型手扶式油菜播种机的开沟器切削土壤进行仿真。结果表明:开沟器以0.84m·s-1前进和15rad·s-1旋转时,单个开沟器切削土壤的切削力最大值为11.8N;土壤的最大等效应力主要集中在开沟器与土壤的接触位置处。通过理论计算验证仿真的合理性,此研究为油菜播种机参数优化设计提供参考。     

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。     

大豆垄上双行免耕播种机锯齿式开沟器设计与试验

在玉米-大豆轮作免耕种植模式下,针对玉米根土结合体较大且垄向分布不均匀,阻碍大豆垄上双行播种开沟器垄向运动,导致播种深度均匀性和行距一致性较差等问题,设计了一种锯齿式大豆垄上双行播种开沟器。在阐述锯齿式大豆垄上双行播种开沟器结构和工作原理的基础上,对前刀曲线进行了设计,推导出前刀曲线方程;分析了侧刃切割根系力学模型,确定侧刃为锯齿形;对玉米根土结合体进行农艺学测量,确定了锯齿形侧刃的关键参数;根据大豆播种的农艺要求,明确了开沟器主体内导种管以交错形式布置,同时确定了锯齿式开沟器的入土隙角为5°。离散元仿真试验结果表明:锯齿式开沟器能有效切断玉米根系且有较优的工作稳定性,进而验证了设计的合理性。在机组前进速度7 km/h、开沟深度50 mm条件下,以根系切断率为主要指标进行田间性能试验,结果表明:锯齿形侧刃有较强的锯切能力,平均根系切断率达97.25%。与双圆盘开沟器进行田间对比试验,结果表明:锯齿式开沟器比双圆盘开沟器开沟深度变异系数降低43.33%、种子横向距离变异系数降低60.81%。仿真试验和田间试验均表明锯齿式开沟器满足免耕大豆垄上双行播种农艺要求。     

DMB―4200免耕播种机的设计及试验

免耕播种机是实施保护性耕作的关键机械,文章对DMB―4200型免耕播种机进行了设计,包括整机参数的设计、免耕播种机波纹圆盘开沟器及播种双圆盘开沟器的设计、链轮传动调速系统计算设计、液压控制系统的设计、开沟器开沟入土深度控制系统及排种装置的分析设计。通过在海拉尔对DMB―4200型免耕播种机进行的试验,证明该机的运行良好,达到播种的要求;但是由于本播种机的质量较大,调整系统较复杂,试验过程中调整开沟器的播种深度较复杂,需要进一步的研究。     

气吸式小白菜播种机开沟器设计与试验

目前,我国小白菜多采用人工撒播的播种方式,不仅机械化水平低,而且劳动力成本高。针对这一问题,设计一款气吸式小白菜播种机,并对开沟器进行研究。通过计算,确定开沟器的关键参数,入土角为123°、滑刀刃口角为35°、滑刀的刀刃曲线函数y=0.002x2+0.7x。为提升开沟器的开沟性能,设计Ⅰ型和Ⅱ型两款开沟器,采用EDEM软件模拟两款开沟器在土槽中的开沟状况,对比后最终确定Ⅰ型开沟器的开沟性能较优。通过ANSYS有限元分析软件对Ⅰ型开沟器进行静力学分析,验证开沟器的设计符合材料的强度要求。最后,对整机进行田间试验测试,测出整机播种量为4.08 kg/hm2;各行播量一致性的标准差为0.12 g,变异系数为3.1%;总播量稳定性的标准差为0.97 g,变异系数为28%。试验结果表明该播种机播种均匀性良好,能为小白菜等播种机械的设计提供理论参考以及提高青菜种植业的生产效率。     

立式螺旋开沟器土槽试验装置

为了研究立式螺旋开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合工况下进行作业的功率消耗情况,设计了一套试验装置.该装置以上位机和数据采集卡为控制系统核心,利用LabVIEW编写的测控软件实现了开沟器转速、转矩等参数的采集、显示以及土壤切削功耗的处理和分析,以获得不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下土壤功耗的变化情况.利用该试验装置在转速为250 r/min,开沟角度为0°,开沟深度为250 mm的情况下,进行了前进速度分别为3,4,5 m/min的单因素土壤切削试验,并将试验参数代入切削功耗的理论计算公式中,从而对试验结果加以计算验证.单因素试验结果表明：该装置能模拟开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下的土壤切削全过程,并且以前进速度为单因素变量的试验测得的土壤切削功耗与理论计算的最大误差为11.05%.     

免耕播种机条旋式开沟器的设计

针对目前一些免耕播种机开沟器不能完全满足和适应北方干旱地区的土壤条件的问题,重点对免耕播种机开沟器进行了研究、分析,从动力条旋式开沟器的结构入手,通过对开沟器运动方程的分析,确定了动力条旋式开沟器实施免耕播种的可行性。     

开沟-排种单体式人参精密播种机设计与试验

针对人参播种机械化率低的现状,本文设计了一种开沟-排种单体式人参精密播种机。通过对链勺式人参精密排种器落种点、双圆盘开沟器工作性能和结构参数的分析,确定了开沟-排种单体的关键参数,设计了整机传动系统,可实现株距调整。利用土槽试验台架,选取作业速度、开沟深度、开沟器与排种器相对水平距离为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标,设计了二次回归正交旋转组合试验。结果表明：当作业速度为0.42m/s、开沟深度为45mm、开沟器与排种器相对水平距离为95mm时,合格指数为94.53%,重播指数为4.308%,漏播指数为1.165%。为验证播种机的工作性能,加工2BS-10型开沟-排种单体式人参精密播种机,并进行了田间试验,结果表明：当株距为4cm时,播种机的合格指数为92.7%,重播指数为5.0%,漏播指数为2.3%,播深合格率为95.1%,未发现伤种情况,满足我国非林地人参种植的播种要求。     

新型锐角开沟器的设计及数值模拟

针对锐角开沟器土壤扰动大的问题,根据旗鱼头部轮廓曲线设计了3种新型锐角开沟器(仿生旗鱼型、圆弧型和斜线型开沟器)。选择土壤含水率(12±1)%、2种开沟深度(30、90 mm),利用离散元法(DEM)对3种开沟器的工作阻力和土壤扰动进行仿真分析,并进行土槽试验。试验与仿真结果对比表明:各项误差值均在合理范围内,验证了EDEM软件模拟开沟器作业的可行性和准确性。最后选定在开沟深度60mm时,3种类型开沟器、3种土壤含水率为因素进行9种工况下的仿真分析。结果表明:在一定深度情况下,3种开沟器的工作阻力均随含水率的增加而增大;而在含水率变化的情况下,开沟器对土壤扰动(扰动宽度、回土深度)变化不明显。仿生旗鱼型开沟器所受工作阻力和对土壤扰动最小。通过离散元仿真和试验分析,为开沟器的设计提供一种可行的方法,并可为开沟器的设计与优化提供理论依据。