受迫振动深松机性能参数优化与试验

为解决目前深松作业机具耕作阻力大、深松深度不稳定、耕作质量不高的问题,该文采用振动减阻原理设计研制了受迫振动深松机。通过分析深松铲的结构和运动过程,建立深松铲的数学模型;确定影响深松牵引阻力的参数;采用正交试验方法得出影响受迫振动参数的最优组合:前进速度2 km/h,振动频率为10 Hz,振动角度为12°。为了验证性能参数最优组合的正确性,开展了受迫振动深松机性能参数检测试验。试验结果表明:振动深松前后,土壤各土层容重均下降,表层土下降达21.74%;在15~25 cm土层含水率增加16.02%;深松后地表平整,耕深稳定变异系数为7.37%,稳定性系数92.63%,振动深松作业后测得土壤扰动系数为57.11%,土壤蓬松度为36.96%,土壤蓬松度和扰动系数均达测试指标的要求。采用受迫振动能使振动深松机显著降低牵引阻力9.09%,减阻效果明显。该研究对深松机振动特性分析与性能参数设计提供了参考。     

液压激振源自激振动深松机深松单体设计与试验

针对弹簧激振源的自激振动深松机在土壤阻力差异大的不同地块作业时存在适应性差、自激振动易失效的问题,该文提出了液压激振源的新型自激振动深松方法,设计了液压激振源深松单体。通过建立深松铲力学和运动学模型,确定了液压缸的关键结构参数;设计了压力调节系统,可实现液压缸压力快速调节;利用二次回归通用旋转组合试验方法,以耕深变异系数、牵引力为评价指标,探究了液压缸压力、前进速度、土壤坚实度对液压激振源深松单体作业效果的影响规律;获得了耕深变异系数、牵引力为响应值的回归模型,求解出耕深变异系数、牵引力同时较小时对应的参数组合为液压缸压力3.6 MPa、作业速度1.4 km/h、土壤坚实度1.18 MPa。利用求解出的参数组合对回归模型进行试验验证,获得的耕深变异系数为3.56%,牵引力为1 300.70 kN,优于二次回归通用旋转组合试验结果,证明了回归模型的可靠性。该研究可为自激振动深松机具的研究提供理论参考。     

棉秆粉碎及地膜随动集条机设计与试验

针对现有残膜回收机在棉田残膜回收过程中存在边膜回收难、回收残膜含杂率高的问题以及后续残膜捡拾打包运输的需要,该研究根据棉秆和残膜处理分段作业要求设计了一种棉秆粉碎及地膜随动集条机,可完成棉秆粉碎还田及残膜集条作业。将粉碎的棉秆被抛送至集条装置后方侧面交接行,解决了现有秸秆粉碎残膜回收联合作业时存在棉秆与残膜同时被捡拾的问题。以机具前进速度、秸秆粉碎刀轴中心离地高度和指盘入土深度为主要因素,以地膜集条率、秸秆粉碎长度合格率和残膜含杂率为响应值,进行三因素三水平二次回归试验,得到各指标的响应面数学模型,分析了各因素对作业效果的影响。结果表明,机具前进速度对地膜集条率影响极显著,指盘入土深度影响显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度无显著影响;机具前进速度和秸秆粉碎刀轴中心离地高度对秸秆粉碎长度合格率影响极显著,指盘入土深度无显著影响;机具前进速度和指盘入土深度对残膜含杂率影响极显著,秸秆粉碎刀轴中心离地高度影响显著。验证试验结果表明,机具前进速度为5 km/h、秸秆粉碎刀轴中心离地高度为340 mm和指盘入土深度为60 mm时,地膜集条率为94.5%,秸秆粉碎长度合格率为96.5%,残膜含杂率为20.2%,作业性能满足要求。研究结果可为棉秆粉碎及地膜随动集条机最佳工作参数的选择提供参考。     

深松旋耕碎土联合整地机设计与试验

为减少耕作阻力、改善土壤耕层结构、提高碎土率,该文对联合整地机的深松部件、碎土机构进行设计,设计了入土角度可控的自激振动深松铲,并建立了自激振动深松铲的运动学模型和力学模型,确定弹簧行程为15mm、负载为7 500～15 000 N,并确定了弹簧的结构参数。设计了具有二次碎土功能的笼状碎土辊,并依据农艺要求确定了其结构参数。通过室内土槽试验,验证了自激振动深松铲的减阻效果和耕作质量,并对整机的作业质量进行了田间测试。土槽试验结果表明:与对照相比,自激振动深松铲平均减阻9.22%,土壤蓬松度和土壤扰动系数分别为26.16%和77.21%,减阻效果明显,作业效果较好。田间试验结果表明:联合整地机的深松深度稳定系数、旋耕深度稳定系数、地表平整度和植被覆盖率分别为94.92%、92.50%、1.17 cm和93.36%;笼状碎土辊在整个试验过程中未出现土壤粘附和拥堵现象,碎土率为84.18%,加装普通齿状碎土辊机具的碎土率为71.41%,笼状碎土辊的碎土率提高了12.77个百分点,碎土效果明显改善。深松旋耕碎土联合整地机减阻效果明显、整地质量好,可有效改善土壤的耕层结构,降低土壤容重,提高蓄水保墒能力。     

1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机的设计与试验

为提高水田筑埂作业质量与效率,减轻作业劳动强度,结合东北地区水稻种植农艺要求,研究设计了1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机。阐述分析了机具整体设计方案与工作原理,对其关键部件偏牵引悬挂仿形调节系统、旋耕筑埂深度可调式传动总成、旋耕集土刀辊总成和镇压筑埂圆盘总成进行了理论分析与结构设计。为获得修筑埂机最佳工作参数组合,以机具前进速度和旋耕工作转速为试验因素,田埂平均坚实度和高度变异系数为试验指标,进行了多因素二次通用旋转组合台架试验,运用Design-Expert 6.0.10软件建立因素与指标间数学模型,采用多目标参数优化确定机具最佳作业状态。试验结果表明,当机具前进速度为1.33 km/h,旋耕工作转速为525 r/min时,筑埂作业性能最优,满足旋耕集土及镇压筑埂要求,其所筑田埂平均坚实度为2 160 k Pa,高度变异系数为4.01%。田间试验表明,该机具作业性能稳定,所筑田埂质量良好,各项指标均满足筑埂作业要求。该研究为水田机械化筑埂机具的创新研发与优化提供理论支撑和技术参考。     

半干旱区中耕深松对土壤水分和作物产量的影响

为了提高半干旱区旱作农田对天然降雨的利用率,打破犁底层,增加雨水入渗,达到蓄水保墒、提高作物产量的目的,2008~2009年在朝阳半干旱区对旱地玉米和大豆进行中耕深松试验。研究表明,深松能打破犁底层,降低表层土壤容重和根系穿透阻力,提高土壤孔隙度。与对照相比,深松可以增加土壤含水量并可以提高水分入渗深度,深松区土壤水分入渗深度可达80 cm左右,未深松区土壤水分入渗深度只有40 cm左右。深松使玉米根干重增加幅度为3.6%~6.1%,使大豆根干重增加15.1%,并使大豆主根系入土深度增加3 cm,玉米增产幅度1.9%~11.3%,在干旱年份增产效果明显,大豆增产19.47%。     

固定道保护性耕作节能效果试验研究

固定道保护性耕作限制了机具对土壤的普遍性压实，提高了拖拉机牵引性能，降低了能耗。在北京郊区青云店镇试验区，设置固定道及非固定道保护性耕作对照区。通过播种机开沟器阻力正交试验及牵引阻力测试试验，研究固定道保护性耕作对播种、深松作业的牵引力及油耗的影响。试验表明：在0．05的置信水平下，对比作业速度、深度租土壤坚实度因素，土壤坚实度因素因田间分布均匀性较低，对开沟阻力波动影响最为显著；非固定道保护性耕作因轮胎压实，破坏了表层土壤均匀性，造成作业负荷变动大，加剧燃油消耗；相对于非固定道保护性耕作，按华北小麦-玉米一年两熟地区两年一深松模式估算，固定道保护性耕作仅播种、深松两项作业一年每公顷节省15．7L柴油；固定道保护性耕作因减少了压实面积，从而可以提高拖拉机田间作业的牵引性能，减小机具的作业阻力，降低燃油消耗，达到减少压实、节约能耗的作用。     

压秆式棉田地膜回收机的设计与试验

针对棉秆回收需求和现有滚筒式地膜捡拾机构可靠性差、缠膜严重、回收地膜含膜率低等问题，该研究设计了一种压秆式棉田地膜回收机，可一次性完成拾膜、脱膜以及除杂作业。结合相关作业性能要求，通过运动学和动力学分析确定了束秆盒、拾膜滚筒和脱膜机构的结构参数，并完成了关键部件的工作参数分析。为验证机具捡拾除杂作业性能，以机具前进速度、钩齿入土深度、拾膜滚筒转速为试验因素，拾膜率、含膜率为试验指标，进行了三因素三水平响应面试验，得到各因素的响应面模型，分析了各因素对作业效果的影响，并对各因素进行优化。试验结果表明，当拾膜滚筒转速为65 r/min，机具前进速度为5 km/h，钩齿入土深度为50 mm时作业效果最佳，以优化后的结果进行验证试验，结果表明，平均拾膜率为86.8 %，平均含膜率为14.9 %，研究结果可为后续留秆收膜机具的设计提供参考。     

导向链耙式地表残膜回收机设计与试验

针对耙齿式残膜回收机工作过程中存在漏捡、脱膜不彻底、耙齿回带残膜等问题，该研究设计了导向链耙式地表残膜回收机。设计了导向链耙式拾膜机构以及耙齿总成与输送链的连接结构，以解决现有链齿式拾膜装置需要输送链弯折实现脱膜的问题；确定了耙齿结构和耙齿的排布；采用旋转式脱膜装置配合导向耙齿提升脱膜效果；在膜箱后部设计了推膜机构以提高装载量；应用机械加液压的组合方式实现拾膜、脱膜与推膜的传动需求；通过运动分析确定了各主要运动部件的结构参数。为了验证机具关键部件的可靠性与作业效果，以机具前进速度、耙齿入土深度、链耙输入转速为试验因素，以拾膜率与缠膜率为指标，进行了拟水平正交试验。试验结果表明：影响拾膜率的主次因素为链耙输入转速、机具行进速度、耙齿入土深度；影响缠膜率的主次因素为链耙输入转速、耙齿入土深度、机具行进速度。以拾膜率为主要指标，利用综合平衡法确定较优的作业参数组合为机具行进速度8 km/h、耙齿入土深度30 mm、链耙输入转速143 r/min。利用较优参数组合进行田间验证试验，拾膜率为88.73%，缠膜率为1.91%，研究结果可为残膜回收机的优化提供参考。     

仿生注液沃土装置工作参数的优化与试验

为探索仿生注液沃土装置在土壤内部作业时工作参数对工作阻力和土壤粘附量的影响规律,优化作业参数,以保障并提高注液沃土装置作业质量,同时降低工作阻力和土壤粘附。该研究采用Box-Behnken试验优化设计方法,通过搭建农机土槽台车试验系统以模拟田间作业环境,开展注液沃土装置样机工作参数优化试验,将入土深度、注液量、土槽台车速度3个工作参数设为自变量,将工作阻力和土壤粘附量设为响应值,建立多元二次多项式回归方程,根据自变量与响应值之间的关系,优化仿生注液沃土装置的工作参数。结果表明:以土壤粘附量和工作阻力为响应值建立的回归方程模型拟合度良好;入土深度、液肥流量和工作速度对降低工作阻力和减小土壤粘附量的影响均显著,且入土深度和速度存在交互效应;试验因素对注液沃土装置降低工作阻力和减小土壤粘附量的影响程度为:入土深度>速度>流量,得到最优的工作参数为:入土深度11 cm、速度1.0 m/s、流量350 g/s。在最优工作参数条件下,注液沃土装置的工作阻力为260.01 N,土壤粘附量为8.73 g。该研究工作为注液沃土技术的应用和推广提供了参考依据。     

保护性耕作条件下的深松技术试验（简报）

针对立柱式深松机在作业过程中存在的缠绕堵塞、牵引阻力大等问题,该研究提出在原深松铲前方加装一个松土铲或圆盘刀两套研究解决方案,研制了机具,并进行了田间对比试验研究。试验结果表明,带圆盘刀式深松机性能较好,相比立柱式深松机和带松土铲深松机,牵引阻力、油耗及松土沟的沟宽都有所降低;对作物残茬和杂草切割效果明显。带圆盘刀式深松机能有效地抑制作业后土壤水分的蒸发,可广泛用于秸秆覆盖条件下的深松作业。     

基于离散元法的凸圆刃式深松铲减阻效果仿真分析与试验

针对深松作业阻力大、能耗高等问题,该文在深松铲铲尖顶部设计了一种能有效减阻降耗的凸圆刃。以安装凸圆刃的凸圆刃式深松铲为研究对象,建立了土壤模型。为提高土壤模型的准确性,选用非线性粘结弹性塑形接触模型(edinburgh elasto-plastic adhesion model,EEPA),对凸圆刃式深松铲进行耕作阻力虚拟仿真。利用插件将颗粒与深松铲接触作用力导出,分析凸圆刃式深松铲应力和形变,校验其结构强度;采用EDEM软件分析不同耕深和速度对深松耕作阻力的影响,并以国标深松铲为比较对象,分析了凸圆刃式深松铲的减阻效果;通过田间试验验证了土壤模型和凸圆刃式深松铲设计的准确性和可行性。田间试验结果表明,与国标深松铲相比,凸圆刃式深松铲耕作阻力平均降低了10.24%。仿真结果与实测值较为接近,数值误差在3%～10%,证明土壤模型基本符合土壤的力学特性,能近似代替真实的土壤环境。该研究证明了采用离散元法分析深松耕作阻力可行性,可为进一步优化深松铲结构提供参考。     

耕作方式对冀西北栗钙土土壤物理性状及莜麦生长的影响

为了探索不同耕作方式对冀西北栗钙土农田土壤物理性状及莜麦生长的影响,以河北省张北县10 a栗钙土长期定位试验莜麦田为研究对象,研究了免耕、松耕和翻耕对莜麦田土壤容重、土壤含水率、土壤硬度及莜麦生长的影响。结果表明:松耕和翻耕可以显著降低莜麦播种期到拔节期土壤容重,播种期免耕土壤容重1.49 g/cm3,松耕和翻耕分别为1.31和1.30g/cm3;不同耕作方式对土壤含水率影响不大;免耕显著提高土壤硬度,拔节期免耕土壤硬度58.51kg/cm2,为松耕1.74倍(P0.05),为翻耕2.53倍(P0.01);栗钙土土壤硬度与土壤容重、土壤含水率关系模型表明高土壤容重条件下土壤硬度对土壤含水率更敏感,低土壤含水率条件下土壤硬度对土壤容重更敏感;免耕莜麦株高和叶面积生长受到抑制,穗数和穗粒数显著降低,经济产量413.79 kg/hm2,分别为松耕和翻耕的62.27%和51.64%。栗钙土莜麦田免耕与松耕、翻耕相比土壤容重大,土壤硬度高,莜麦产量显著降低;3种耕作方式中,松耕是兼顾生态与经济效益的耕作措施。     

The adoption of annual subsoiling as conservation tillage in dryland maize and wheat cultivation in northern China

Soil compaction caused by random traffic or repetitive tillage has been shown to reduce water use efficiency, and thus crop yield due to reduced porosity, decreased water infiltration and availability of nutrients. Conservation tillage coupled with subsoiling in northern China is widely believed to reduce soil compaction, which was created after many years of no-till. However, limited research has been conducted on the most effective time interval for subsoiling, under conservation tillage. Data from conservation tillage demonstration sites operating for 10 years in northern China were used to conduct a comparative study of subsoiling interval under conservation tillage. Three modes of traditional tillage, subsoiling with soil cover and no-till with soil cover were compared using 10 years of soil bulk density, water content, yield and water use efficiency data. Cost benefit analysis was conducted on subsoiling time interval under conservation tillage. Yield and power consumption were assessed by based on the use of a single pass combine subsoiler and planter. Annual subsoiling was effective in reducing bulk density by only 4.9% compared with no-till treatments on the silty loam soils of the Loess plateau, but provided no extra benefit in terms of soil water loss, yield increase or water utilization. With the exception of bulk density, no-till and subsoiling with cover were vastly superior in increasing water use (+10.5%) efficiency and yield (+12.9%) compared to traditional tillage methods. Four years of no-till followed by one subsoiling reduced mechanical inputs by 62%, providing an economic benefit of 49% for maize and 209% for wheat production compared to traditional tillage. Annual subsoiling reduced inputs by 25% with an increased economic benefit of 23% for maize and 135% for wheat production. Yield and power consumption was improved by 5% and 20%, respectively, by combining subsoiling with the planting operation in one pass compared with multipass operations of subsoiling and planting. A key conclusion from this is that annual subsoiling in dryland areas of northern China is uneconomical and unwarranted. Four years of no-till operations followed by 1 year subsoiling provided some relief from accumulated soil compaction. However, minimum soil disturbance and maximum soil cover are key elements of no-till for saving water and improving yields. Improved yields and reduced farm power consumption could provide a significant base on which to promote combined planter and subsoiling operations throughout northern China. Further research is required to develop a better understanding of the linkages between conservation tillage, soil quality and yield, aimed at designing most appropriate conservation tillage schemes.     

Deep Tillage,Soil Moisture Regime,and Optimizing N Nutrition for Sustaining Soil Health and Sugarcane Yield in Subtropical India

A field experiment was conducted at ICAR-Indian Institute of Sugarcane Research, Lucknow, with three tillage practices (T₁: Control- two times ploughing with harrow and cultivator, each followed by planking before sugarcane planting; T₂: Deep tillage with disc plough (depth 25–30 cm) before planting followed by harrowing, cultivator, and planking; and T₃: Subsoiling at 45–50 cm and deep tillage with disc plough/moldboard plough (depth 25–30 cm) followed by harrowing, cultivator, and planking before planting, two soil moisture regimes (M₁: 0.5 irrigation water (IW)/cumulative pan evaporation (?CPE) ratio and M₂: 0.75 IW/CPE ratio) at 7.5 cm depth of IW, and four N levels (N₁- 0, N₂- 75, N₃- 150, and N₄-225 kg N ha^?1) in sugarcane plant crop. Deep tillage and subsoiling increased porosity and reduced bulk density in surface/subsurface soil. Further, these physical changes also improved soil biological and chemical properties responsible for higher crop growth and yield. Deep tillage and subsoiling reduced the compaction by 6.12% in 0–15 cm depth in sugarcane plant crop at maximum tillering stage. The highest N uptake (158.5 kg ha^?1) was analyzed with deep tillage and subsoiling compared to all other tillage practices. Maintaining suboptimal moisture regime with deep tillage and subsoiling showed the highest IW use efficiency (157.16 kg cane kg^?1 N applied). Mean soil microbial biomass carbon (SMBC) in ratoon crop was higher compared to plant crop. During initial tillering stage, ratoon crop showed higher SMBC with application of deep tillage and subsoiling (1209 mg CO₂-C g^?1 soil day^?1) at 0–15 cm depth and 1082.9 mg CO₂-C g^?1 soil day^?1 at 15–30 cm depth. Thus, it could be concluded that besides improving sugarcane yield, soil health could be sustained by adopting subsoiling (45–50 cm depth) and deep tillage (20–25 cm depth), with soil moisture regime of 0.75 IW/CPE and application of 150 kg N ha^?1 in sugarcane (plant crop).     

基于DEM-MBD耦合算法的振动深松土壤扰动过程分析

为深入分析振动深松过程中耕层土壤扰动过程,该研究采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)与多体动力学(Multi-Body Dynamics,MBD)耦合算法对振动深松作业过程进行仿真分析.采用MBD构建拖拉机-振动深松机-土壤系统仿真模型,利用DEM建立耕作土壤的离散元模型,考虑土壤颗粒...     

秸秆深埋还田开沟灭茬机设计与试验

秸秆还田是农作物秸秆综合利用最为直接的形式,深埋还田能打破犁底层、培肥地力,并提高土壤抗旱保墒能力。在秸秆深埋还田时,由于作物根茬未粉碎,深开沟的同时会出现大块土垡。秸秆深埋后还需对根茬和土垡进行二次粉碎,增加了作业成本。为满足秸秆深埋还田开沟灭茬碎土的需求,设计研制了一种集开深沟、碎土、灭茬等多道工序的用于秸秆深埋还田的开沟灭茬机。以导向铲入土深度、灭茬刀转速、灭茬深度为试验因素,机器的作业阻力和灭茬碎土率为试验指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明导向铲入土深度和灭茬深度对作业阻力有极显著影响,灭茬刀转速对灭茬碎土率有极显著影响。在开沟深度为35 cm时,导向铲入土深度、灭茬刀转速和灭茬深度分别为100 mm、340 r/min和60 mm时,开沟灭茬机的作业性能最好,作业阻力为21.6 k N、灭茬碎土率为96.3%、开沟深度稳定性为92.4%。试验表明该机具有很好的开沟、灭茬、碎土效果,该研究为秸秆深埋还田机具的研制和配备提供参考。     

阿基米德螺线型破茬开沟和切拨防堵装置的设计与试验

针对东北保护性耕作区玉米垄作农业技术对研发免耕播种机的要求,该文以阿基米德螺线为基础,分析了缺口圆盘刀破茬性能和理想种床对破茬刀的技术要求,进行了阿基米德螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化以及最优参数的优选,研制了破茬开沟和切拨防堵装置。田间试验表明,破茬开沟装置能开出"V"形沟,2片螺线型缺口圆盘刀直径为350 mm、入土深度为40 mm时,播种开沟宽度为28 mm;切拨防堵装置单片圆盘破茬装置质量为113 kg、破茬深度为70~100 mm时,开沟宽度为40~50 mm,清垄部件清垄宽度为210 mm,均达到了农业技术要求。同时,确定提高破茬率切拨防堵装置的最佳工作参数:机器前进速度为2.22 m/s,配质量为113 kg,破茬圆盘刀入土深度为7.50 cm;得出各因素对破茬率影响的主次顺序为机器配质量机器前进速度入土深度。该研究为高留茬模式和高留茬碎杆覆盖模式的保护性耕作地区的免耕播种作业提供了参考。     

秸秆还田深松旋埋联合耕整机设计与试验

深松作业能有效打破犁底层,提高土壤蓄水保墒能力。秸秆还田是秸秆资源利用最为直接有效的方式,将2种保护性耕作方式结合在一起可大大提高作业效率。为了满足深松和秸秆还田同时作业的需求,设计了集土壤深松、破茬碎土、秸秆旋埋、平地等多功能于一体的深松旋埋联合耕整机。该机主要由自激振动深松装置和秸秆还田旋埋刀辊组成,自激振动深松装置可调节预紧力,不仅可以在一定程度上减少深松耕作阻力,还可以在遇到障碍物时有效保护深松铲,深松铲柄的设计利用了滑切原理,可有效切断秸秆和杂草,防止缠绕和堵塞深松铲,对旋埋刀辊进行了重新布置和优化,提高了工作稳定性和破土能力。田间试验表明深松作业可有效减小旋埋刀辊功率;在拖拉机1挡和2挡速度下深松旋埋组合作业总功率分别为单独深松和单独旋埋2项作业之和的85.0%和82.2%;深松旋埋组合作业下深松和旋埋的平均耕深分别为28.9和17.5 cm,耕深稳定性分别为93.5%和87.4%,秸秆埋覆率为92.0%,耕后地表平整度为1.0 cm,深松旋埋联合作业后的各项性能参数均超过质量评定指标,满足农艺要求。