秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min~(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h~(-1),开沟装置转速为270r·min~(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。     

秸秆直注深埋还田机设计与试验

秸秆还田作为农作物秸秆的有效利用方式之一,能培肥地力,蓄水保墒。为了改善东北地区耕层变浅、犁底层上移、玉米秸秆产量大、后续处理困难等问题,设计了一种秸秆直注深埋还田机。该机由秸秆粉碎装置,输送装置、开沟装置和覆土装置组成,能一次性完成秸秆捡拾、输送和深埋等作业内容,可将地表秸秆埋至地下300mm土层中,满足打破犁底层,构建合理耕层,提高秸秆利用率的要求。该机输送装置中部安装卸料室,实现秸秆从两侧向中间聚拢并向下运动的效果。通过对输送装置分析得知,螺旋叶片设计直径315mm,螺距315mm,当螺旋轴转速为350～450r·min-1时,卸料效果良好。参考双翼铧式开沟器作业后的土壤截面设计了柳叶形直注铲,该铲底端秸秆出口设计成流线型柳叶状,铲横截面形状为椭圆形。通过分析计算得出直注铲设计高400mm、铲宽320mm、圆心角θ=60°时,铲横截面积为9.92×104mm2,满足卸料要求,同时能达到开沟破土并回填部分土壤的作业效果。以拖拉机前进速度、秸秆覆盖量和输送装置转速为因素,以秸秆还田率为指标,设计了正交试验。结果表明:拖拉机前进速度和输送装置转速对还田率影响显著,当前进速度为5km·h-1,输送装置转速为450r·min-1时,还田率为90.5%。该试验结果表明了机具作业性能符合设计要求,卸料室和直注铲的设计为秸秆还田机输送装置和开沟装置的优化设计提供理论和实践参考。     

油菜免耕直播联合播种机抛土性能研究

建立了油菜免耕直播联合播种机开沟器旋耕刀片运动学模型,研究了土粒在开沟刀片上运动的动力学特性,采用Matlab软件对旋耕开沟机优化仿真试验和田间抛土试验进行验证,弯折半径为0.21～0.23 m、刀盘转速为245 r/min、土粒质点在0.04 s离开正切面时的相对速度为4.5～6 m/s,这一范围内具有最佳的抛土性能,最大抛土距离为0.968～1.024 m。     

秸秆深埋还田机覆土装置的参数优化与试验

秸秆深埋还田机在田间作业过程中,覆土镇压的效果是检验机具覆土装置设计合理性的关键。由于东北地区棕壤土玉米种植过程中,连年的化肥施用与拖拉机等机组的田间作业,导致土壤犁底层上移、理化性质变差,影响农作物产量,秸秆的焚烧又会造成严重的污染,因此寻求合理的秸秆利用方式变得十分必要。为了改善机组在工作过程中阻力过大、覆土镇压效果差等问题。设计一种螺旋式覆土装置,探究其在机具覆土作业过程中的优缺点。结合覆土原理,通过对覆土装置运动过程中土壤颗粒的运动过程进行分析,通过理论计算和优化设计,确定了螺旋叶片的主要参数:螺旋轴直径为50mm,长度为1100mm,覆土宽度为1200mm,两螺旋叶片间距为500mm,螺距为250mm,最大螺旋升角为16°,螺旋线的圈数为2圈,两螺旋叶片对称布置。为确定机具的最佳工作参数,进行三因素五水平二次回归正交组合试验,试验选取机具的前进速度、覆土器转速、开沟深度为试验因素,覆土合格率为试验指标。通过对田间试验的数据分析,改进后机组的最佳工作性能参数组合为:机具前进速度2km·h-1、覆土器转速290r·min-1、开沟深度25cm。田间试验表明:覆土合格率为97.1%,满足秸秆深埋还田的技术要求和地方标准,可以为秸秆深埋还田机覆土装置的设计与优化提供理论参考。     

水稻秸秆还田两法

一、还田两法1.旋耕还田法（1）作业流程。机收水稻—机碎稻草—施基肥—机旋埋草—机播种小麦—机碎土盖籽—机开沟。（2）操作方法。水稻成熟时用机械收割,收时将稻草切碎,再用旋耕机旋耕10厘米左右,耕前施基肥。旋耕后再机播、机盖籽。播种后及时用开沟机开沟。2.覆盖还田法（1）作业流程。稻田套施基肥—套播小麦—机收水稻—机碎草覆盖—机开沟覆土。     

基于EDEM的圆盘弹齿组合式水田平地机圆盘转辊仿真与试验

[目的]水稻秸秆全量还田是一种新的农艺技术措施,传统的翻耕与旋耕机械因出现严重的秸秆缠绕,导致工作阻力剧增,作业质量变差甚至无法正常作业,因此对水田耕整地作业机械提出了新的要求.[方法]针对水稻秸秆全量还田新农艺技术特点,以机具作业速度、圆盘转辊转速、作业深度为试验因素,以工作阻力和工作部件缠草率为试验指标进行试验研究,通过EDEM离散元软件对工作阻力进行模拟仿真,并利用田间动态遥测仪进行田间试验.[结果]各因素对机具前进阻力影响显著性由大到小分别为机具作业速度、圆盘转辊作业深度、转辊转速.[结论]最优作业条件为机具作业速度2 km/h,圆盘转辊作业深度22 cm,转辊转速300 r/min,田间试验前进阻力结果与仿真试验结果的相对误差率为29.69％.     

基于EDEM的圆盘弹齿组合式水田平地机圆盘转辊仿真与试验

[目的]水稻秸秆全量还田是一种新的农艺技术措施,传统的翻耕与旋耕机械因出现严重的秸秆缠绕,导致工作阻力剧增,作业质量变差甚至无法正常作业,因此对水田耕整地作业机械提出了新的要求.[方法]针对水稻秸秆全量还田新农艺技术特点,以机具作业速度、圆盘转辊转速、作业深度为试验因素,以工作阻力和工作部件缠草率为试验指标进行试验研究,通过EDEM离散元软件对工作阻力进行模拟仿真,并利用田间动态遥测仪进行田间试验.[结果]各因素对机具前进阻力影响显著性由大到小分别为机具作业速度、圆盘转辊作业深度、转辊转速.[结论]最优作业条件为机具作业速度2 km/h,圆盘转辊作业深度22 cm,转辊转速300 r/min,田间试验前进阻力结果与仿真试验结果的相对误差率为29.69％.     

犁旋组合式稻茬全量还田油菜直播种床整理机设计与试验

针对长江中下游地区稻茬田土壤黏重板结、地表秸秆量大且禁止焚烧导致油菜直播时机具易堵塞缠绕的难题,设计了一种犁翻埋茬、旋耕碎土、侧边作畦开沟的油菜直播种床整理机。该机主要由犁翻部件、旋耕部件及开畦沟部件组成,可实现秸秆全量还田、碎土平整及开畦沟功能;基于土垡运动规律确定了扣垡犁导曲线、直元线角及犁体尾翼长度等关键犁体曲面参数和犁体数量及距离等布局结构参数。田间试验显示：当机组前进速度由3.3 km/h增加至4.2 km/h时,整机牵引阻力增加了23.7%,功耗增加了57.2%。在旋耕深度相同作业条件下,当机组前进速度分别为3.3、4.2 km/h时,由于增加了犁翻部件,整机总功耗相比于单个旋耕机独立作业分别增加12.3%、20.7%,但有效提高了机组的通过性和整地的作业质量。与单个旋耕机相比,在2种工况下,整机的平均碎土率为92.8%,提高了2.6%,耕后地表平整度平均为11 mm,提高了39.0%,秸秆平均埋覆率为92.9%,提高了22.2%。试验表明,设计的整理机各项性能参数均满足油菜种植农艺要求。     

旋耕开沟机横向抛土性能试验

旋耕开沟机开沟作业的横向抛土性能是衡量开沟机作业质量的重要指标．以湖南农业大学研制的2BF-6型稻茬田油菜免耕联合播种机配套旋耕开沟机为试验样机，分别对其横向抛土性能进行单因素试验和多因素正交试验，并对多因素正交试验结果进行了极差分析和方差分析，找出了影响横向抛土性能的主要因素与工作参数的最优组合，为优化开沟机的结构参数提供了理论依据．     

1GKD-210型水稻秸秆深埋旋耕机

水稻秸秆深埋旋耕机采用大直径刀辊滚筒,通过牛耳形弯刀对土壤进行切削,逆向旋耕抛投,一次性可完成高留茬或整株水稻秸秆还田作业。1GKD-210型水稻秸秆深埋旋耕机碎土能力强,土壤覆盖好,秸秆还田率高,性能可靠,满足水田整地技术要求。通过该机的研制、生产、示范和推广,为水稻秸秆还田开辟了新的方法和途径,对相关耕整地机械逆向作业的设计与研发提供参考。     

SGTN-180型旋耕埋草施肥联合作业机的设计与试验

针对现有秸秆还田机械存在的正转秸秆还田机械覆盖性较差、功能单一,需多次作业才能满足农艺要求;而反转秸秆还田机械刀辊前方壅土严重,功耗较大等问题,设计了SGTN-180型旋耕埋草施肥联合作业机。该联合作业机采用双辊配置:前辊正转,进行秸秆粉碎;后辊反转旋耕,完成秸秆翻埋和碎土作业的独特作业模式,有效提高覆盖性能和降低功耗;并设计有施肥装置,完成播种前土壤整备的联合作业。鉴定检测试验结果表明:该旋耕埋草施肥联合作业机可一次性实现秸秆粉碎还田、旋耕碎土、施肥等多项作业,具有较好的耕作质量:作业后,植被覆盖率94.8%、碎土率93.1%、耕后平整度0.4 cm、耕深稳定性97.2%,肥料在2~11 cm耕层内与土壤混合,呈条带状分布。     

秸秆深埋还田开沟扶垄犁设计及试验研究

针对我国北方旱作地区春玉米播种时墒情不够、肥力不足的问题,提出了在秋季收获后进行深开沟、沟内铺放秸秆、覆土起垄整垄、垄上覆膜的秸秆深埋,蓄积秋冬降水的土肥水跨季节联合调控技术。研制了秸秆深埋还田开沟扶垄犁。采用对称式可翻转犁架,实现开沟、覆土、起垄、整垄联合作业。田间性能试验结果表明:该机开沟深度可以达到40cm,沟形规整,覆土效果较好,整垄效率高,垄形符合农艺要求。采用该机进行秋季秸秆深埋还田,可以有效提高土壤水分含量,提高玉米产量。     

1JH-3.0型宽幅秸秆粉碎还田机的研制

针对现有的秸秆粉碎还田机工作幅宽小及作业质量不高的问题,研究开发了一种宽幅秸秆粉碎还田机,对影响秸秆切碎长度和留茬高度的各因素进行了正交试验。结果表明:机具前进速度对秸秆切碎长度影响极显著,甩刀轴转速和离地间隙对秸秆切碎长度影响显著;机具前进速度、甩刀轴转速和离地间隙对留茬高度影响都极显著,其中甩刀轴转速对留茬高度影响最大。鉴定试验结果表明:机具的作业速度为6.9 km/h,棉秆粉碎长度126.8 mm,残茬高度76.3 mm,主要技术指标达到了标准要求。     

秸秆机械集中沟埋还田的可行性研究

为测试改进的开沟机开沟质量是否满足秸秆集中沟埋还田开沟埋草、覆土要求,研究了秸秆机械沟埋还田对埋草沟的排水降渍效果及小麦生长情况的影响,通过大田试验,采用秸秆机械沟埋和常规还田方式,将上季作物秸秆进行全量还田(秸秆沟埋量2.1 kg.m-1),设置沟埋深度为20,30 cm,常规还田(CK)3个处理。田间试验结果表明:梯形沟上、下口宽分别约为35.00和19.20 cm,D2,D3处理间平均开沟深度分别为19.50,29.90 cm,集中抛土距离分别为38.00,41.00 cm,集中覆土厚度分别为11.45,17.17 cm,土壤破碎率均达90%以上;埋草沟具有与排水沟相近的土壤降渍效果,各处理下埋草沟含水量下降幅度均大于CK,不同深度埋草沟的降渍效果优劣排序为30.00 cm深优于20.00 cm;埋草沟上小麦出苗及生长情况均好于CK。该机开沟作业质量稳定、性能测试良好、满足埋草覆土要求;埋草沟具有排水功能、对小麦出苗及生长无影响,秸秆机械集中沟埋还田具有可行性。     

基于Pro/E的水田秸秆还田耕整机的设计与运动仿真

运用Pro/E软件设计了一种双螺旋刀辊组合的水田秸秆还田耕整机,能够一次性实现水田秸秆的翻埋还田、旋耕碎土、平地等多项功能.应用Pro/E软件中的机构模块对螺旋刀辊进行了运动学仿真,得到了刀辊转速一定时机组在不同前进速度下的4种不同运动轨迹,通过对运动轨迹的分析可优化机组工作的前进速度.     

基于经典力学的油菜直播机旋耕功耗分析与仿真

由湖南农业大学自主研发的2BYD–6型油菜直播机,采用T245型国标旋耕刀,左右弯刀各20把,以阿基米德螺线排布,旋转半径为0.287 5 m。基于经典力学,提出旋耕作业过程中切割土壤体积的计算方法以及其受力平衡方程,计算刀片在作业过程中的切土扭矩和抛土扭矩,建立了旋耕功耗的计算模型,分析了旋耕功耗与直播机运动参数的关系。旋耕功耗模型计算结果表明,旋耕刀作业过程中,水平方向受力随着刀轴转速和直播机前进速度的增大而增加,垂直方向受力变化较小,直播机前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s时,旋耕功耗与刀轴转速呈线性关系,拟合方程分别为y=–4.481+0.101 6x、y=–4.947+0.109 0x、y=–4.466+0.113 0x。采用EDEM仿真模拟计算油菜直播机旋耕功耗,在前进速度分别为0.4、0.5、0.6 m/s,刀轴转速为100～160 r/min条件下,与功耗模型计算结果的误差为2.51%～6.69%。     

1JM-200灭茬旋耕一体机关键部件设计与试验

针对江淮流域稻麦轮作区稻茬地灭茬旋耕一体化整地作业及减耗需要,设计1JM-200灭茬旋耕一体机关键部件。通过分析节能型旋耕刀、圆盘切茬刀、碎土栅、覆土辊等关键部件作业过程能耗,设计节能型旋耕刀侧切刃与正切刃曲线、圆盘切茬刀切茬齿刃口倾角、碎土栅曲线、覆土杆与水平方向夹角等关键参数,并通过离散元仿真、响应曲面法得出最优关键配合参数:切茬刀辊中心点至旋耕刀辊中心点横向距离为489 mm;碎土栅根部至旋耕刀辊中心点横向距离为219 mm。田间试验结果表明,设计节能型旋耕刀达到降低整机作业功耗目的,设计圆盘切茬刀与覆土辊结构合理,作业过程未显著增加整机作业功耗。整机作业扭矩与作业功耗分别为207.6N·m、17.65 kW,低于整机对照组,说明设计1JM-200灭茬旋耕一体机各关键部件及配合参数达到降低整机作业功耗目的。整机作业后地表平整度为3.1 cm,根茬粉碎率为84.8%,均满足行业农艺要求,说明该机可降低功耗并保证作业质量。     

油菜直播机犁式正位深施肥装置设计与性能试验

研制一种犁式正位深施肥装置,采用类铧式犁面开沟,施肥犁柱中间落肥,与油菜联合直播机旋耕装置相配合,可实现正位深施肥,提高肥料利用率。对类铧式犁面、施肥犁柱、犁侧板等结构进行设计,分析确定起土曲面与导土平面的结构参数,采用室内数字化土槽试验考察前进速度对施肥深度和施肥后沟深的影响。结果表明,在前进速度为1.1、2.2、3.3km/h下,施肥深度合格率达到95%,稳定性系数在90.37%以上。将犁式施肥装置安装于油菜联合直播机的田间试验表明,犁式施肥装置田间施肥深度合格率为94%,各行稳定性系数为96.87%。对正位深施肥和带状混施的2种施肥方式下播种的油菜苗期根系和产量分析表明,用犁式施肥装置正位深施肥有利于油菜根系生长和产量提高。     

果园秸秆覆盖机抛土轮设计与试验

为实现果园秸秆覆盖机同步覆土功能,解决果园秸秆覆盖存在的火患隐患和秸秆因风雨集堆的问题,提出一种对抛式覆土方案,对对抛式覆土装置的核心部件抛土轮进行结构设计并确定抛土轮直径、叶片数、作业转速等关键参数,采用EDEM仿真软件,分析抛土轮入土深度、转速、抛土角对覆土效果的影响规律;在自行研制的试验台架上对单个抛土轮进行抛土覆土试验。试验结果表明:抛土轮覆土宽度为152.3～251.3cm,覆土厚度10.4～18.3mm,覆土厚度标准差1.4～4.1mm,漏盖率为0,符合果园秸秆层薄土盖压作业要求;分别建立了抛土角、入土深度、转速与覆土厚度和覆土宽度的模型,其决定系数分别为0.943 6和0.932 2,覆土厚度与覆土宽度模型拟合良好。     

驱动犁翻与反转旋耕组合式油菜直播种床整理机设计与试验

针对稻-油轮作区秸秆茬高量大、土壤黏重板结且含水量波动大的作业工况,考虑单一功能耕作机械多次进地压实土壤且作业功耗大的生产实际问题,提出"犁组左翻埋茬、刀辊反转碎土、犁铧两侧开沟"的油菜种植种床整理工艺方案,并研制了一种驱动犁翻与反转旋耕组合式油菜直播种床整理机。该机主要由驱动圆盘犁组、反转旋耕刀辊、开畦沟前犁、开畦沟后犁、平土托板等部件组成,可实现厢面平整、种床细碎、秸秆还田、开沟作畦等功能,分析了各耕作部件的空间布局设计原则,确定了驱动圆盘犁组与反转旋耕刀辊的结构参数与工作参数。田间试验结果表明:该机作业后的种床耕深、畦沟沟深、畦沟沟宽、厢面平整度、种床碎土率以及秸秆埋覆率的均值分别为173.2 mm、190.2 mm、401.4 mm、11.6 mm、95.9%和90.2%,种床耕深稳定性系数、畦沟的沟深稳定性系数和沟宽稳定性系数的均值分别为85.6%、86.7%和84.6%,满足油菜机械化直播种床整理农艺要求。