适配免耕播种单体的清秸装置改进设计与试验

地表秸秆覆盖免耕播种具有蓄水保墒、提高土壤肥力、改良土壤结构、控制土壤侵蚀、降低生产成本和提高作物产量等社会、生态和经济效益。针对现有同位仿形免耕播种单体在重度秸秆覆盖、高速作业条件下,清秸装置作业质量差、工作效率低问题,改进设计了一种具有秸秆轴向加速推送功能的清秸装置。阐明了清秸装置清理秸秆机理,完成了关键部件清秸轮和助推螺旋设计,确定了影响其工作性能主要参数及取值范围。采用二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、工作偏角、螺旋升角、螺旋叶片数为试验因素,清秸率和工作阻力为性能评价指标,在构建的EDEM-ADAMS联合仿真试验平台上实施参数组合优化试验,结果表明：各因素对清秸率影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角;各因素对工作阻力影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角。应用Design-Expert软件对试验结果进行参数组合优化,当螺旋升角为40°、螺旋叶片数为4、作业速度为7.5～10.7 km/h、工作偏角为20.0°～32.5°时,清秸率大于85%,工作阻力小于110 N。在作业速度8、9、10 km/h条件下,对螺旋升角40°、...     

螺旋切分式种带清理装置设计与试验

针对东北地区免耕播种时易出现秸秆堵塞等问题,本研究设计一种螺旋切分式种带清理装置。通过理论分析,确定了清茬刀的排布方式和清茬刀刃口曲线参数,并得到影响种带清理效果的主要因素：拖拉机前进速度、螺旋切分式种带清理装置转速和螺距。在离散元软件EDEM中建立螺旋切分式种带清理装置仿真模型,以种带清秸率为试验指标,以前进速度、转速和螺距为试验因素,进行了二次回归组合仿真试验,建立了种带清秸率的回归模型,结果表明,前进速度、转速和螺距对种带清秸率影响极显著(P<0.01),其中转速影响最为显著。利用Design-Expert软件对影响因素进行优化求解,得到最优参数组合为：前进速度2m/s、转速400r/min、螺距570mm,最佳组合下种带清秸率为92.55%。在最优参数下进行了田间验证试验,试验种带清洁率比仿真减少了约2.89个百分点,基本满足玉米免耕播种的要求。该研究为东北地区免耕播种机秸秆清理与防堵装置的研究提供了参考。     

玉米碎秸多级横向运移整流装置设计与试验

针对2BMFJ型原茬地免耕覆秸精量播种机宽幅作业时玉米碎秸多级横向运移过程滞留,影响播种区间清秸率,导致机具工作质量和作业效率降低的问题,通过分析玉米碎秸单级抛撒运动规律,设计了玉米碎秸横向运移整流装置,确定了影响整流装置工作性能的关键结构参数。采用二次回归正交旋转中心组合试验方法,基于EDEM软件在构建的玉米碎秸横向运移整流装置试验平台上,以进入角、整流包角、整流半径为试验因素,以清秸率、行间清秸变异系数为性能评价指标进行了虚拟仿真参数组合优化试验。结果表明:各因素对性能评价指标均具有显著影响,对清秸率影响主次顺序为整流包角、整流半径、进入角,对行间清秸变异系数影响主次顺序为进入角、整流半径、整流包角;最优参数组合为进入角61°、整流包角104°、整流半径424 mm,此时清秸率为93%,行间清秸变异系数为93.5%。在最优参数组合下进行整流装置田间验证试验,结果表明,清秸率为93.5%,行间清秸变异系数为93.7%,与虚拟仿真试验结果基本吻合。     

少免耕播种机条带型行间侧抛清秸防堵装置研究

针对我国华北平原一年两熟区玉米秸秆覆盖地小麦少免耕播种机作业时存在易堵塞、种床清洁率低等问题,设计了一种条带型行间侧抛清秸防堵装置。对清秸防堵装置工作时秸秆抛撒特性进行理论分析,明确影响清秸效果的关键因素为侧倾刀弯折角、弯折线夹角和回转半径。以作业扭矩、抛土量和种床清洁率为指标,通过离散元仿真并结合旋转正交回归试验,确定了清秸防堵装置较优参数组合为侧倾刀弯折角25°、弯折线夹角30°、回转半径250mm,此时种床清洁率为80.5%、作业扭矩为47.2N·m、抛土率为15.8%。配合清秸防堵装置,分别设计了一沟双行种肥分施开沟器、V型土壤导流板等部件。其中种肥分施开沟器前方装有定刀,可与防堵装置形成动定刀切割,提高了防堵性能;V型土壤导流板夹角为130°,可将抛起的土壤颗粒反弹回种床,增加了回土量。田间播种试验表明,所设计的行间侧抛清秸防堵装置未发生堵〖JP3〗塞和缠草现象,种床清洁率为82.7%,作业扭矩为2982N·m,作业质量稳定,满足少免耕播种作业国标和农艺要求。     

垄作免耕播种机被动式防缠绕破茬清垄装置设计与试验

为了解决东北玉米垄作免耕播种机作业时缠绕堵塞工作部件，减小对土壤扰动，提高破茬开沟质量等问题，优化设计了防缠绕破茬清垄装置，主要包括阿基米德螺线锯齿型缺口圆盘破茬刀和星型清垄轮。通过理论分析确定了影响破茬清垄装置作业性能的主要参数为机具前进速度V_m、破茬刀入土深度h以及清垄轮安装偏置角α。利用离散元软件EDEM进行二次回归正交旋转组合仿真试验，确定了该装置的最优工作参数组合为：机具前进速度V_m为7 km/h、破茬刀入土深度h为75 mm、清垄轮安装偏置角α为30°。通过田间验证试验，得出破茬清垄装置在最优工作参数组合下的破茬率为92.21%,清秸率为93.49%,验证了仿真理论研究结果，机具通过性显著提高，达到了东北玉米垄作免耕播种农艺和农机的技术要求。     

切抛组合式小麦宽幅沟播破茬清秸防堵装置设计与试验

针对西北地区玉米秸茬覆盖地小麦免少耕宽幅沟播时,由于玉米根茬阻碍秸秆流动导致的秸茬聚集壅堵、土壤扰动大、种带清洁率低、播种质量差等问题,提出先被动切割、后主动抛撒的种带清理方法。设计了一种切抛组合式破茬清秸防堵装置,通过纵向布置的倾斜缺口圆盘与旋抛装置配合作业对种带残茬与秸秆进行清理。适配防堵装置设计了分流式开沟器,实现行距稳定的一沟两行播种。分析确定了缺口圆盘倾角与偏角参数;依据滑切理论设计计算了平直旋刀与侧倾旋刀刃线结构参数;建立MBD-DEM联合仿真平台并采用正交旋转组合试验方法,以种带清洁率、秸茬粘结键破碎率与土壤扰动宽度为指标进行旋抛装置关键参数优化仿真试验。基于仿真结果建立各指标回归模型并通过响应面分析与多目标优化得出,当侧倾旋刀倾角为20°、回转速度为310r/min时,防堵装置种带清洁率达到96.9%,秸茬粘结键破碎率为26.9%,土壤扰动宽度为139mm。在玉米秸茬覆盖地进行小麦播种试验,结果表明切抛组合式小麦宽幅沟播破茬清秸防堵装置通过性良好,种床清洁率为90.1%,破茬率为96.2%,土壤扰动宽度为127mm,土壤扰动量为6.9%,整机作业质量稳定且播种后小麦出苗均匀,满足宽幅沟播小麦免耕播种农艺要求。     

条带对行主动式玉米免耕播种防堵装置设计与试验

针对我国黄淮海地区小麦秸秆覆盖地玉米免耕播种机高速作业时开沟器易堵塞、播种质量差等问题,基于旋耕防堵理论设计一种浅旋条带对行主动式防堵装置。根据黄淮海地区小麦玉米种植模式中小麦苗带状况,对防堵装置的刀型排布结构和刀轴转速进行设计;从秸秆流动、抛撒轨迹和受力角度进行分析,确定防堵装置结构参数设计的合理性,并对影响其性能的关键因素进行土槽试验;选取刀轴间距、刀轴转速和机具前进速度为影响因素,以秸秆清秸率和动土率为性能评价指标,进行离散元模拟仿真和多因素正交试验,对影响作业性能刀轴间距和防堵装置工作参数进行优化。仿真试验结果表明,在刀轴转速为800r/min、刀轴间距为70mm、机具前进速度为7km/h时,综合作业质量最优;对优化结果进行玉米播种田间试验,在秸秆覆盖量为1.02kg/m2,前进速度为8km/h时,秸秆清秸率为91.85%,沟深稳定性为86.67%,动土率为26.47%,可满足高速作业要求。     

玉米免耕播种机侧置切刀与拨茬齿盘组合清茬装置研究

针对我国东北地区在秸秆全量还田条件下进行玉米免耕播种作业时,种带清茬率低、播种后秸秆在风力作用下被吹回清理后的播种带,从而造成秸秆回垄的问题,设计一种侧置切刀与拨茬齿盘组合式清茬装置。通过对清茬装置的切茬性能进行分析,确定了切茬圆盘类型、尺寸及安装参数;对拨茬过程中种带秸秆及表土在拨茬齿盘作用下的运动轨迹进行分析,得出影响清茬率及秸秆回垄的拨茬齿盘主要参数为:回转半径、曲率半径、拨齿长度。以种带清茬率与秸秆压土量为试验指标,采用离散元软件EDEM进行二次旋转正交组合仿真试验,确定了拨茬齿盘的最优参数组合为:回转半径163 mm、曲率半径350 mm、拨齿长度52 mm。采用最佳参数组合进行田间验证试验,结果表明,在20 cm清茬宽度下,种带清茬率与秸秆压土量分别为91.4%和5 833 cm~3/m~2,与仿真结果基本一致,作业后行间秸秆被种带表土覆盖,且未出现秸秆回垄现象,满足免耕播种作业农艺和技术要求。     

幅宽自动控制清秸防堵装置设计与试验

针对免耕播种机在进行玉米秸秆全量粉碎还田作业时,清秸防堵装置存在清秸幅宽、秸秆抛掷距离不合理和幅宽稳定性差等问题,设计了一种幅宽自动控制的清秸防堵装置。建立清秸幅宽数学模型,确定影响作业幅宽和漏清区域的主要工作参数和各参数的取值范围;运用S型压力传感器和电动直线推杆协同作用设计幅宽自动控制系统;通过正交试验设计和EDEM离散元仿真试验确定清秸盘的最优工作参数组合,并进行田间试验,验证自动控制系统和装置的作业性能。结果表明,影响星齿凹盘式清秸防堵装置作业幅宽和漏清区域的主要工作参数为清秸盘间距、工作偏角和工作倾角,通过仿真试验得到最优参数组合为90 mm、30°和15°;自动控制系统通过监测清秸盘对地压力实时调节其入土深度,从而调控其作业幅宽,可有效提高幅宽稳定性。田间试验表明,该装置苗带清秸率、秸秆横向移动最大距离和幅宽稳定性系数分别为92.3%、40.2 mm和92.1%,满足免耕播种作业农艺和技术要求。     

免耕播种机自适应拨茬系统设计与试验

针对免耕播种机在秸秆覆盖地作业时,拨茬机构清秸率较低和工作幅宽稳定性较差,影响播种作业质量的问题,设计了一套可在全量秸秆覆盖地进行高效清秸作业的自适应拨茬系统。该系统在传统拨茬机构的基础上,增加了气压传动系统和压力传感器,利用压力传感器实时监测拨茬机构在地表起伏或秸秆覆盖不均时的对地压力变化,根据此变化调节气压传动系统给拨茬机构提供相应的下压力,从而确保拨茬机构工作幅宽的一致性。田间试验结果表明:在播种速度为6、7、8km/h时,自适应拨茬系统使拨茬机构的幅宽变异系数分别减小了7.0%、8.9%和9.7%,清秸率分别增大了12.0%、13.4%、14.8%,提高了普通拨茬机构的作业性能,满足播种作业农艺技术要求,可为播种单体清理出一条清洁且幅宽稳定的条带播种区域。     

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。     

盘刷式矮密栽培落地红枣集条装置研制

针对新疆落地红枣人工集条劳动强度大、机械化程度低的问题,研制一种与落地红枣捡拾机配套的红枣集条装置。重点设计避障系统和仿形机构等关键部件,确定盘刷、液压缸行程和仿形机构的工作参数,结合避障工况需求,设计扫盘避障液压系统并对液压元件进行计算选型。以盘刷转速、盘刷前倾角和前进速度为影响因素,集条率和破损率为评价指标,开展三因素三水平正交组合试验,结果表明：各因素对集条率影响显著性顺序为盘刷前倾角、前进速度、盘刷转速,各因素对破损率影响显著性顺序为盘刷转速、前进速度、盘刷前倾角;采用多元统计分析方法得出最优水平组合为前进速度08 m/s、盘刷转速200 r/min、盘刷前倾角15°,此时集条率为97.54%、破损率为1.11%;在最佳参数组合下进行田间验证试验,集条率为96.64%,破损率为1.13%,试验值与理论预测值相对误差分别为0.93%、1.77%,各项指标符合设计要求。     

指盘式搂草机动力学仿真及结构寻优试验

玉米秸秆的搂集清理工作劳动密集度高且费时,如果雨天没有及时收获,很容易导致秸秆的变质[1].现阶段玉米秸秆基本上由搂草机搂集,由于作物和耕种方式的不同,引进国外的搂草机存在适应性问题,且搂草机搂集的玉米秸秆含土量大、漏搂率高.针对这一问题,设计了多参数可调节的指盘搂草机实验台,在满足搂草机整机结构及工作原理的基础上,对...     

指盘式搂草机的设计与试验研究

针对目前我国传统搂草设备存在的干燥速度慢、散草打捆困难和草根容易捂烂等问题,研制出适应市场需求的新型指盘式搂草机,能够实现对苜蓿、稻、麦、秸秆的搂集和翻晒作业。为此,论述了9LZ-6.0型指盘式搂草机的整机结构和工作原理,完成了可调旋转架、指盘收放机构和指盘弹齿等关键部件的结构参数设计计算,完成了对弹齿的有限元分析和运动学模拟仿真,并对样机进行了田间试验,通过试验结果与技术指标的分析对样机进行了优化设计。试验结果表明:该机具各项技术性能指标均能满足设计要求,操作方便,使用可靠,搂草质量好,生产率高,可满足我国饲草收获的要求。     

免耕播种机侧向清秸覆秸秸秆比例回收装置设计与试验

为解决中国麦玉豆主产区在利用秸秆促进作物绿色增产增效、保护耕地的同时,轻简化回收多余秸秆促进其资源化利用等问题,基于原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,设计了一种秸秆比例回收装置,借助秸秆被免耕播种机播前清理具有的机械能使其沿导流板滑移至机械能耗尽,弹齿“顺势”将其抛送至挤压装置进行回收。应用高速摄像技术探明了秸秆侧向抛撒运动规律,通过理论分析确定了影响装置工作性能的关键结构与作业参数及其取值范围,并采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、滚筒转速和弹齿偏角为试验因素,以秸秆回收比率和含杂率为评价指标,实施参数组合优化试验,结果表明：在参数组合为作业速度5.4～7.2 km/h、滚筒转速95 r/min、弹齿偏角49°时,秸秆回收比率大于94%、含杂率小于5%。研究结果为研制原茬地免耕播种秸秆覆盖还田同步比例回收复式作业机提供了理论和技术支持。     

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。     

拨辊推送式马铃薯清选分选机设计与试验

针对现有马铃薯清选分选机的薯土分离效果差、伤薯率较高、工作效率低等问题,设计了一种拨辊推送式马铃薯清选分选机。对该机器的工作机理进行了阐述,确定了清选装置、分选装置的结构参数,分析了马铃薯在清选分选过程中的力学特性。选取机组的转速、上料量、机组提升角度作为试验因素,伤薯率、分选清洁率为试验性能指标进行正交试验,并对试验结果进行显著性分析。结果表明,各因素对伤薯率影响的主次因素顺序为:机组提升角度、机组转速和上料量;对分选清洁率的影响主次因素顺序为:上料量、机组转速和机组提升角度。按照以马铃薯的伤薯率较低,兼顾分选清洁率较高的原则,确定较优组合,即机组转速为145 r/min,上料量为20 t/h,机组提升角度为12°,并对该参数组合进行了验证试验,结果表明,在该条件下机器伤薯率为0.773%,分选清洁率为95.42%,符合基本作业要求。     

谷物脱粒-秸秆粉碎一体机的设计与试验研究

针对新疆南疆地区谷物秸秆利用率低、无法实现谷物脱粒和秸秆粉碎一体化作业等问题,研制了一种谷物脱粒-秸秆粉碎一体机,主要由喂入装置、脱粒装置、粉碎装置和清选装置组成.喂入装置的设计可以防止物料在储料凹腔中发生堵塞,提高了喂入效率.以滚筒转速、脱粒间隙为试验因素,以未脱净率为试验指标进行正交试验,结果表明:影响脱净率的较优...     

基于人工抽薹原理的蒜薹采摘机设计与试验

针对目前我国蒜薹采摘机械化程度低的问题，本文基于传统人工采摘蒜薹的原理，设计一种蒜薹采摘机，通过划茎夹薹装置完成大蒜植株的划茎及将蒜薹从底部夹断的过程，通过拔薹装置完成蒜薹的拔出与输送过程。根据蒜薹及大蒜植株的物理特性参数，对划茎夹薹装置和拔薹装置的结构进行设计；通过理论分析，确定了机器前进速度与关键部件转速的关系；对硅橡胶板夹薹过程进行ANSYS仿真分析，确定了夹薹间隙为2mm。选取针链间隙、滚筒转速和夹手闭合起始角为试验因素，成功拔薹率、拔薹损伤率和留叶合格率为试验指标，进行了三元二次正交旋转组合试验。结果表明：当针链间隙为3.92mm、滚筒转速为48.32r/min和夹手闭合起始角为78.53°时，成功拔薹率、拔薹损伤率和留叶合格率分别为89.10%、20.55%和77.34%。