玉米全膜双垄沟残膜回收机作业性能优化与试验

为进一步提高玉米全膜双垄沟残膜回收机工作性能,对玉米全膜双垄沟膜-茬分布特性与对应的机械化残膜回收工艺进行了探讨,通过对玉米全膜双垄沟残膜回收机关键部件相关作业机理进行分析,确定了影响样机残膜漏收率、缠膜率作业效果的相关参数。采用四因素三水平Box-Behnken试验设计方法,建立了关键参数与残膜漏收率、缠膜率之间的数学模型,确定了样机较优的运动参数组合（样机前进速度0.46 m/s、偏心挑膜滚筒转速163 r/min、卷膜主动辊转速77 r/min和中间送膜轴转速45 r/min）,并对最优作业参数间的关系进行了分析。田间验证试验表明,作业机残膜漏收率均值为6.06%、缠膜率均值为0.73%,试验结果满足国家相关标准规定的要求。研究方法与结果可为西北旱区玉米全膜双垄沟残膜回收装备的研发提供参考。     

全膜双垄沟播一膜两茬栽培技术

为了实现节本增效,在灵台县采用了一膜两年用免耕栽培的方法,开展了全膜双垄沟播玉米收获后穴播冬油菜的生产模式研究,即在玉米成熟后,采用人工收获,清除玉米秸秆,保护好上茬地膜,在原地膜上穴播点种冬油菜,冬油菜产量可达3 080 kg/hm2,是一种轻简方便,高产高效的模式。     

马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机设计

为实现全膜覆盖种行覆土马铃薯机械化种植,针对地膜全域覆盖膜上对行覆土等难题,设计了马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机。对样机关键部件进行了分析与设计,确定了液压偏置悬挂装置、跨越式膜上覆土装置、排种系统、碎土整形装置结构及工作参数,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机膜下播种深度合格率为86%,种薯间距合格指数为89%,重种指数为5%,漏种指数为4%,种行覆土宽度合格率为92%,种行覆土厚度合格率为94%,邻接行距合格率为86%,地膜采光面机械破损程度为48.1 mm/m2,渗水孔间距合格率为96%。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现施肥、播种、起垄、全膜覆盖、种行覆土一体化作业。     

甘肃推广全膜双垄沟播技术的做法及启示

介绍了全膜双垄沟播技术在甘肃推广的基本情况,提出该技术在甘肃成功地大面积推广,对提高我国北方旱地综合生产能力、保障粮食安全具有典型示范意义,对保障甘肃区域粮食安全,摆脱缺水制约,促进全省农村经济协调发展意义重大,旱作区群众接受度高,推广速度快。同时建议解决该技术的持续性应用问题,建立残膜回收利用机制,用办工业的思路和投入加大推广力度,建立长效机制,做好农民技术培训。     

全膜双垄沟播马铃薯注灌施肥技术研究

在榆中县试验观察了不同注灌施肥模式对马铃薯产量构成因素、产量及土壤水分的影响,结果表明,不同注灌施肥模式对马铃薯产量构成、商品性及产量均有一定的影响。80%NW(N 120.0 kg/hm2、P2O5 90.0 kg/hm2、K2O 60.0 kg/hm2,初花期和盛花期各注水30 m3/hm2)处理下马铃薯块茎折合产量最高,为36 285 kg/hm2,马铃薯期初花期-盛花期0～60 cm土层含水量各处理变化趋势相同,均表现为0～20 cm土层土壤含水量较高,20～60 cm土层土壤含水量相对较低,且相互间无明显差异。在水分不成为限制因素的条件下注水对水分利用率没有显著影响。     

全膜双垄沟播带状秸秆还田模式对土壤温度的影响

在田间全膜双垄沟播膜下设置带状秸秆还田不同模式,研究玉米生育期内土壤耕层温度的变化规律。结果表明,在玉米非种植带将5 cm长秸秆按3 750 kg/hm2深翻15 cm与土壤混匀后,土壤温度日(8:00～20:00时)变化增温速度最快,逐日变化幅度最高,相应的0～25 cm土层温度振幅最大。不同秸秆还田方式玉米生育期0～15 cm土层温度日变化不同,苗期(5月13日)膜下秸秆还田0～15 cm土壤温度随着白天气温的升高快速增高,16:00时达最高峰,为26.8～28.9 ℃,持续2 h后迅速下降;拔节期(6月10)土壤温度在16:00时达到最高,随后缓慢下降。玉米生长后期不同处理0～15 cm土层温度没有差异。整个玉米生长期内,土壤温度的逐日变化表现出S型波动。各处理0～25 cm土层温度的振幅随着土壤深度增加和生育期延后而减小。     

西北半干旱区全膜双垄沟播一膜多年用节本增效栽培技术

从播前准备、品种选择及处理、播种技术、田间管理、适时收获、收获后地膜保护等方面总结出西北半干旱区全膜双垄沟播玉米、玉米/马铃薯、玉米/马铃薯/冬油菜/胡麻一膜多年用节本增效栽培技术。     

旱区全膜双垄沟播履带式玉米联合收获机的设计

针对中国北方旱地全膜双垄沟播玉米种植方式,解决玉米收获过程中的摘穗啃伤、田间作业垄上行走稳定性差及玉米茎秆回收再利用问题,设计了一种履带式玉米穗茎兼收型联合收获机,以及配套的立辊式摘穗割台和茎秆切碎抛送装置。设计的非对称立辊式对行收割结构,可适应玉米全膜双垄沟播收获作业要求,实现了穗茎兼收,提高了秸秆利用率,并总结了立式割台“间隙夹持-倾斜喂入-滑动摘穗”的立式摘穗收获机理。利用立式摘穗试验样机,以机具前进速度、主动链轮转速、摘穗辊直径、切碎刀轴转速为影响因素,果穗损失率、茎秆切碎合格率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:在机具前进速度3.8m/s、主动链轮转速1150r/min、摘穗辊直径82mm、切碎刀轴转速1650r/min时,果穗损失率为2.61%、茎秆切碎合格率为92.81%。优化模型与田间验证性试验得到的果穗损失率均值2.8%、茎秆切碎合格率均值93.1%相接近,满足旱区全膜双垄沟播玉米收获要求。     

全膜双垄沟播对旱区玉米田土壤水分和温度的影响

通过田间试验,比较分析全膜双垄沟播（T1）、平铺覆膜（T2）以及露地平作（不覆膜,CK）3种种植方式玉米不同生育期土壤含水率和温度的变化,探求全膜双垄沟播技术对旱区玉米田土壤水分和温度的影响.结果表明：（1）从0-200cm土层平均含水率看,全生育期和出苗-吐丝期均以T1处理的平均值最高,比T2和CK高1.0和0.9个百分点,出苗-吐丝期高0.9和1.5个百分点;处理间0-200cm土层含水率以七叶期差异最大,T1比T2和CK高1.4和2.6个百分点,以拔节期差异最小,T1比T2和CK高0.4和0.3个百分点,乳熟-成熟期T1比T2高0.9个百分点、比CK低0.6个百分点.（2）全生育期浅层土壤（0-40cm）各层平均含水率看,T1比T2和CK高1.0和1.7个百分点,以0-20cm差异最大,T1比T2和CK高1.2和2.2个百分点,30-40cm,T1比T2和CK高0.9和1.3个百分点,80-200cm,T1比T2高0.7而比CK低1.0个百分点.（3）从全生育期0-40cm土层温度平均值看,T1比T2和CK高0.7和2.7℃,其中以苗期差异最大,T1比T2和CK高0.6和5.1℃,吐丝期差异最小,T1比T2和CK高0.6和0.5℃.试验说明全膜双垄沟播技术能明显改善土壤温、湿度状况,是旱区玉米的高效栽培模式.     

全膜双垄沟播玉米穗茎兼收对行联合收获机的研制

为适应中国西北旱区玉米全膜双垄沟播种植模式,解决传统玉米收获机械收割过程不对行、玉米籽粒损失率高的问题,设计了一种自走式穗茎兼收型旱区玉米全膜双垄沟联合收获机。该机采用对行式收割割台、立式摘穗辊装置、割台下方中间位置输送玉米果穗、立式摘辊后方设置茎秆切碎装置、机身侧面输送经切碎后的玉米茎秆,实现了旱区玉米全膜双垄沟播种植的对行收割以及穗茎兼收,降低了籽粒损失。田间试验表明,在机具作业速度为3~4.5 km/h、立式摘穗辊转速为1 100 r/min、茎秆切碎装置转速为1 584 r/min时,籽粒损失率为1.8%,果穗损失率2.4%,籽粒破碎率0.77%,茎秆切碎合格率92.6%,苞叶剥净率95.1%,能够满足玉米联合收获技术要求。     

气吸式胡萝卜起垄播种一体机研制

该研究结合山东等地的胡萝卜垄作种植模式,研制了一种集起垄、开沟、精量播种、覆土、镇压等功能于一体的气力式胡萝卜精量播种机,实现胡萝卜垄上窄行精量播种作业。该机采用负压吸种、正压吹杂完成单粒精量播种,主要由气吸式精量排种器、起垄整形装置、开沟分种装置、覆土器、机架及传动系统组成。根据吸种及投种过程的种子受力及运动分析,得到排种器气室真空度临界值,明确了投种位置及株距均匀性的主要影响因素。设计了双圈型孔排种盘,排种盘内外圈型孔所在圆周半径分别为87.5和95.0 mm,每圈型孔数量为30个。依据清种要求及作业空间,设计锯齿刮板式及偏心式刮种器,实现型孔两侧刮种;根据种植农艺要求,确定FL-2.5型风机,实现不同播种风量要求;采用3个双翼铧式犁起垄,并通过整形装置对垄形进行修整,一次完成2个梯形垄;遵循单体双窄行、浅开沟及少覆土要求,确定了开沟分种结构及覆土板参数。依据投种过程分析,采用低位投种方式,最低限度布置排种器,开沟分种装置总体高度在100 mm左右。以排种盘型孔直径、排种盘转速和气室负压为试验因素,以粒距合格率、漏播率和重播率为试验评价指标,进行三因素五水平的二次回归正交旋转组合试验,获得排种器最佳参数组合为型孔直径1.6 mm,排种盘转速18 r/min,气室负压4.4 kPa。田间试验结果表明,该机播种粒距合格率大于94%、漏播率小于5%、重播率小于4%,满足相关国家标准及胡萝卜种植农艺要求,可为胡萝卜精量播种机具的设计提供参考。     

基于离散单元法的水平圆盘式精量排种器排种仿真试验

为了优化水平圆盘式精量排种器的最佳排种性能参数(动排种盘转速、动排种盘厚度、型孔圆角半径),达到提高粒距合格指数、降低漏播和重播指数指标,并降低大田试验强度。该文基于离散单元法对根据全膜双垄沟播技术所设计的水平圆盘式精量排种器进行了排种数值模拟,并得到玉米籽粒模型排种、重播、漏播的形成过程;为提高其排种性能,进行了排种仿真试验。仿真结果表明:以合格指数较高为重点、兼顾重播指数和漏播指数较低的原则,确定了动排种盘转速为17 r/min、动排种盘厚度为6 mm、型孔上边倒圆角半径为1 mm时为较优组合,此时粒距合格指数S=97.05%、重播指数D=1.83%、漏播指数M=1.12%。田间验证试验表明:在上述条件下,测得粒距合格指数为S=95.13%,重播指数D=2.34%,漏播指数M=2.53%,重点指标粒距合格指数误差2.02%(5%)。因此,基于离散单元法的排种器仿真试验为排种器性能参数的确定提供参考。     

内充式排种器工作过程和性能的离散元法仿真分析

为建立一种排种器设计的新方法,以内充式排种器和小麦种子为研究对象,由排种器的CAD（computer aided design,计算机辅助设计）模型建立了该排种器的二维离散元法分析模型,采用圆弧组合的方法建立了小麦种子的二维颗粒模型,采用自主研制的二维离散元法软件,分析了该排种器的工作过程及性能。同时将排种器台架试验结果与离散元法分析结果进行了比较,两者基本一致,初步证明采用离散元法分析内充式排种器工作过程和性能的可行性,为内充式排种器的研究和优化设计建立了一种新方法。     

拱棚双插架覆膜一体机的设计与试验

为适应部分地区蔬菜水果拱棚种植模式,解决传统小拱棚手工搭建劳动强度大且效率低的问题,该研究设计了一款小拱棚单列双插架覆膜一体机,主要由自动进杆装置、双插架装置、覆膜装置及行进装置组成,设定插架间距与插架数量等工作参数,小拱棚单列双插架覆膜一体机实现自动进杆、双插架和覆膜一体化作业。以进杆成功率和进杆时间为衡量自动进杆作业指标,以拨轮半径、杆槽高度、顺杆板长度为试验因素,对进杆过程中的棚杆受力和运动状态进行分析和计算,确定试验因素的范围,并进行仿真试验确定最佳进杆装置结构参数。田间试验表明：小拱棚单列双插架覆膜一体机以最大速度1.2 km/h作业时,进杆成功率为94.1%,插架成功率为89.3%,拱棚覆膜率为100%,薄膜破损率为1.1%,平均插架间距为1 190 mm,平均插架宽度为1 050 mm,平均插架深度为200 mm,两侧插架深度平均偏差为30 mm,平均覆土厚度为80 m。小拱棚单列双插架覆膜一体机可实现小拱棚搭建的机械化和自动化作业,满足小拱棚插架覆膜要求。     

行间耕播机弹性可覆土镇压轮性能有限元仿真分析及试验

为提高播种机的播种及镇压性能,解决播种作业中覆土后即时镇压的难题,结合橡胶类材料的变形理论与轮胎力学的研究基础,建立基于种沟沟型的理论模型,并设计出一种具有覆土功能的弹性镇压轮,镇压轮横截面由顶端连通的两个腔室组成,通过镇压轮侧缘与种沟接触产生的挤压力以同时实现覆土和镇压作业。利用ABAQUS软件对镇压轮进行有限元仿真分析,考察其覆土及镇压性能,通过有限元仿真分析证实该模型可行有效。通过与双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮的田间对比试验测得,该文所设计的弹性可覆土镇压轮作业后种子平均覆土深度为34 mm,变异系数为15.68%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为33.5 k Pa,变异系数为13.97%,应用双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮作业后种子平均覆土深度为35.3 mm,变异系数为17.51%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为26.5 k Pa,变异系数为15.32%,田间对比试验证实弹性可覆土镇压轮和双圆盘覆土器均可满足玉米播种作业对覆土深度的要求,但弹性可覆土镇压轮对土壤的镇压强度大于传统橡胶镇压轮,同时由覆土深度变异系数和镇压强度变异系数可以看出,弹性可覆土镇压轮在作业过程中的覆土深度稳定性和镇压强度稳定性均优于双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮。     

圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试验验证

为探明土壤条件和工作参数对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,该文采用光滑粒子流体动力学方法构建了土壤-开沟刀盘的有限元模型,利用ANSYS软件中的显示动力模块LS-DYNA对开沟刀盘土壤切削过程进行仿真分析,得出开沟刀盘在土壤切削过程中功率消耗的变化规律。结合正交试验设计和数值模拟技术,研究土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,得出影响作业功耗的因素主次顺序是土壤坚实度开沟深度刀盘转速。采用多变量单目标优化方法,建立关于土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度的作业功耗模型,利用Matlab软件对功耗模型进行求解,得出当土壤坚实度为120 N/cm~2,刀盘转速为225 r/min,开沟深度为405 mm时,作业功耗最小为32.4 k W。通过土槽试验对优化结果进行验证,结果表明:理论值与试验值的相对误差为5.68%,作业功耗模型和优化结果具有较高的准确性。该研究可为圆盘式开沟机选择节省功耗的参数组合提供参考。     

基于离散元法的旋耕刀三向工作阻力仿真分析与试验

为分析旋耕刀所受三向工作阻力及其变化规律,该文通过实测南方果园土壤颗粒参数,逆向重构旋耕刀三维实体,基于离散元颗粒接触理论,构建了适应南方土质环境的旋耕刀-土壤相互作用仿真模型。土槽扭矩对比试验表明,仿真值与试验值的变化趋势相同,扭矩均随转速增加而变大,最大相对误差10%;扭矩先从0增加到某个最大值,接着逐步减小到一个低值,随后又快速增加到一个高值,最后回落,该变化过程同旋耕刀与土壤之间的接触状态相关。单刀受力仿真分析表明,水平阻力方向与前进方向相同,侧向阻力方向为由刀具弯折区内侧面指向刀体,垂直阻力方向为先垂直土面向上后转为向下;水平阻力和侧向阻力在最大耕深处出现最大值,而垂直阻力在入土后转动约30°时出现最大值;水平阻力和垂直阻力的仿真波形与理论计算、土槽试验结果比照表明,对应曲线的变化趋势基本一致,且仿真结果与土槽试验结果更为接近,水平阻力相对误差为11.3%,垂直阻力相对误差为16.8%;水平阻力最大值大于侧向和垂直方向阻力最大值,水平阻力是功率消耗的主要因素;随着转速的增加,3个方向阻力最大值均增大,当转速高于250 r/min时,增速加快;侧向阻力和垂直阻力随前进速度增加而平稳增大,水平阻力却出现下滑趋势;耕深对三向阻力的影响比较显著,增加耕深会急剧增大三向阻力值。相关试验数据可为旋耕机能耗分析、机体作业振动及刀片磨损等研究提供参考。     

稻麦联合收割机降尘系统的设计与试验

稻麦联合收割机作业过程产生粉尘,影响操作者身体健康,同时造成环境污染。为了解粉尘产生状况及成分特性,该研究进行了稻麦联合收割机作业粉尘检测试验。在此试验基础上,设计了一种负压吸尘、滤筒集尘的稻麦联合收割机机载式降尘系统。该系统利用现有稻麦联合收割机动力,可随时更改风机工作参数,以满足多种田间工作条件。通过理论分析确定影响降尘系统工作效率的主要因素为收割机速度、风机转速和环境湿度,试验指标为割台、尾部降尘系统效率,开展三因素三水平试验,构建各因素和试验指标之间的数学回归模型。拟合和优化分析所得试验结果,得到最优参数组合为：收割机速度3.73 km/h,风机转速3 507 r/min,环境湿度56%,此时,割台降尘系统效率为76.8%,尾部降尘系统效率为79.6%,对最优工作参数进行试验验证,验证优化最佳参数组合可行性,降尘系统在较难工作条件下满足降尘要求的最低风机转速为3 332 r/min。该研究可为收割机降尘系统的设计提供依据。     

带式残膜揉搓打包机设计与试验

针对国内现有残膜回收机械作业时不能打包,回收的残膜松散,导致残膜转运和存放不方便、易随风飘散造成二次污染等问题,研究设计了一种带式残膜揉搓打包机。该打包机主要由揉搓机构、浮动式喂入机构、传动系统和液压系统等部分组成。该揉搓机构是带式残膜揉搓打包机的核心部件,在张紧机构和浮动式喂入机构辅助下,将回收的残膜揉搓打包。通过对主要工作部件的设计,确定了揉搓机构和浮动式喂入机构的结构尺寸参数,并对残膜包的形成过程进行分析,确定了影响打包质量的主要因素为打包室方位角和打包带表面形态。田间试验表明:在打包带适度张紧的条件下,打包室方位角为-5.0°～2.5°,打包带表面为波纹面,打包带线速度为2.0 m/s时,残膜成包率为100%,残膜包密度在88.5～92.1 kg/m3之间;在回收残膜含杂相同的情况下,残膜包密度与打包带线速度有关,打包带线速度越大,残膜包密度越大,但打包带线速度超过2.5 m/s以后,残膜包密度增加趋势减缓。带式残膜揉搓打包机结构简单、使用方便、满足残膜打包技术的要求,研究结果对新型残膜打包机的研制提供参考。     

滚筒式残膜回收机的性能试验研究

针对“11SM-1.5型滚筒式残膜回收机”核心工作参数匹配不合理,机具在作业时,常常由于使用者操作方式与水平存在差异,影响残膜回收的总体拾膜性能,进而降低残膜拾净率.滚筒式残膜回收机是一种以弧线往复式挑膜装置为核心部件的典型残膜回收机具,该研究根据滚筒式残膜回收机的结构和工作原理,分析弧线往复式挑膜装置的挑膜齿尖运动轨迹特点,确定影响机具性能的主要因子为挑膜装置转速、机具前进速度和挑膜齿入土深度,采用正交试验分析法进行田间试验,分析不同参数配比对残膜拾净率的影响,得出各因素的影响显著性及主次顺序.综合考虑挑膜装置各项指标,选择最优的水平组合,获取机具的最佳工作参数匹配,即:挑膜装置转速45 r/min、机具工作速度4km/h和挑膜齿入土深度35 mm时,残膜拾净率为88.2％,达到残膜回收机设计标准,比目前成熟的秸秆还田联合式残膜回收机的官方测定捡拾率高6.2个百分点,为机具优化设计提供数据参考,进而指导实际生产.