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％.     

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.     

玉米秸秆垄沟条带混埋还田机的设计与试验

为了满足东北地区旱地合理耕层构建技术的要求,改善土壤耕层结构,实现秸秆混埋还田,研制了一种玉米秸秆条带混埋还田机。该机具主要由限深破茬装置、弹齿清垄装置、深松装置、混拌装置、镇压装置等组成,可以同时在三个垄沟内将地表上的秸秆混埋于15～20cm深度的土壤中,同时完成清垄、深松、镇压等多项作业,适合东北棕壤土区旱地合理耕层的构建技术要求。通过对弹齿清垄装置的运动轨迹分析得出,当机具前进速度范围在1.1～1.6m·s~(-1)时,弹齿清垄器的弹齿端部的绝对速度为1.73～2.51m·s~(-1),弹齿的拨草范围角为46°。通过对混拌装置的运动轨迹分析得出,当机具前进速度为1.38m·s~(-1)时,混拌刀切土节距为4.6cm,单条混拌幅宽为350mm,混拌刀辊的转速为300r·min~(-1)。并根据切土节距和混拌耕深设计了一种C型混拌刀,通过分析计算得到了C型混拌刀的各项参数以及侧切刃的阿基米德螺线方程。利用二维软件CAXA和三维软件Solidworks对混拌刀进行参数设计和实体模型的建立,同时利用ANSYS Workbench对所设计的混拌刀进行静力学分析来验证混拌刀结构的合理性。通过Design-expert软件对田间试验数据分析得出各因素对田间秸秆混埋率的影响主次顺序为:混拌深度秸秆覆盖量机具前进速度。最佳试验条件:在机具前进速度为1.25m·s~(-1),混拌深度为17.5cm,田间秸秆覆盖量为0.93kg·m~(-2)的条件下,秸秆混拌率为94.6%。该试验结果验证了机具作业性能达到了设计要求,为条带秸秆还田机的改进设计提供理论和实践参考。     

棉秆拔秆机拔秆装置的设计与试验

为小型履带自走式棉秆拔秆机设计了拔秆装置。该装置主要由旋转刀辊、输送钉齿、压缩滚筒、清理滚筒等组成,针对南方行距不一的复杂地势,能实现不对行拔取,清理棉秆根部泥土,且不易拔断棉秆。对影响棉秆拔净率和拔断率的主要因素——机具前进速度、刀辊旋转速度、辊刀入土深度进行了单因素和多因素正交试验。结果表明:影响棉秆拔净率和拔断率的因素大小依次是辊刀入土深度、刀辊旋转速度、机具前进速度;当辊刀入土深度为15 cm、刀辊旋转速度为415 r/min、机具前进速度为0.8 m/s时,棉秆拔净率可达95.8%,拔断率仅为9.6%。     

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。     

秸秆还田机螺旋横刀优化设计与试验

【目的】针对秸秆还田机刀辊中螺旋横刀因切削阻力大、耕深不足影响秸秆掩埋效果的问题,开展螺旋横刀优化研究,实现秸秆旋埋作业功能。【方法】建立螺旋横刀作业过程的参数化模型,分析动态参数的变化规律,确定决定影响耕整性能的主要因素及取值范围。通过土槽试验,开展对螺旋横刀结构参数的二次曲面拟合分析和作业参数的三元二次回归分析。【结果】螺旋横刀结构参数最优组合为刀具宽度35 mm,前角50°;作业参数最优组合为前进速度0.72 m·s^-1,旋耕转速320 r·min^-1及作业深度174 mm。基于最优作业参数对结构优化前后的螺旋横刀进行田间对比试验,结果表明,在不降低秸秆埋覆效果的情况下功耗降低10.05%。该螺旋横刀主要依靠压埋的方式进行秸秆埋覆,当秸秆高度达到84.5 cm时,秸秆埋覆率为83.67%,适合高留茬柔性秸秆还田。【结论】解决了螺旋横刀现存问题,扩大了应用范围,为高留茬柔性秸秆地的耕整提供优质装备。     

还田秸秆腐解特征研究

采用尼龙网袋法,研究了水稻秸秆的腐解特征.结果表明,水稻秸秆还田腐解率随时间延长呈增加趋势,而腐解速度早期快后期慢;还田秸秆量越大,腐解速率越慢;水稻秸秆还出深度在5 cm时腐解速度要快于10 cm深还田和表层还田.实行秸秆还田对作物具有增产作用,增产幅度达17.43％.     

“谷霖”牌有机物料腐熟剂在水稻秸秆还田上的应用效果

为验证“谷霖”牌有机物料腐熟剂在水稻直接还田上的应用效果，2015年在安徽省蚌埠市用网袋法进行了为期60 d的田间试验，设对照(秸秆直接还田)、尿素(+秸秆还田)、腐熟剂(+秸秆还田)和腐熟剂+尿素(+秸秆还田)4个处理，观察测定还田后水稻秸秆的颜色、拉力和失重率变化。结果表明，随着时间的延长和腐解程度的加深，各处理秸秆的颜色逐渐变深、拉力逐渐变小、失重率逐渐增加；处理间也有很大差异，尿素处理可使秸秆腐解速度加快约10 d，腐熟剂处理可使腐解速度加快约20d，效果最好的是腐熟剂+尿素处理，可使秸秆腐解速度加快20 d以上。     

基于光滑粒子流体动力学的旋耕切土数值模拟

为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀–土壤进行建模,运用ANSYS/LS–DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12 m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84 N?m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42 N?m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。     

秸秆连续全量还田对土壤性状及水稻产量的影响特征

为明确稻麦轮作条件下连续秸秆还田配施秸秆腐熟菌剂对土壤性质及水稻产量的影响,采用大田定位实验的方法,以长江下游典型地区扬州市宝应县为研究区域,分析了稻麦秸秆连续5年全量还田以及还田配施快腐菌剂对耕地理化性状及水稻产量的影响特征。结果表明：1)秸秆长期全量还田有利于提升水稻产量,降低土壤容重和孔隙度,增加土壤有机质和速效钾含量增加;2)秸秆还田同时配施秸秆快腐菌剂能够进一步提升秸秆还田增加水稻产量、改善土壤理化性质的作用;3)水稻与土壤容重呈显著负相关,与土壤孔隙度、有机质、有效磷和有效钾呈显著正相关。总之,秸秆还田有利于提高水稻产量、改善土壤性质,配施秸秆快腐菌剂能够进一步提升秸秆还田的有益作用。     

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。     

秸秆深施机单体设计及深施装置的试验研究

为实施与推广秸秆深施还田技术,结合中耕机和螺旋输送器原理与结构设计螺旋输送式秸秆深施机,单机设计深施量为0.19~0.32 kg.min-1,秸秆深施深度15~25 cm。对深施装置和输送螺旋进行受力分析与有限元分析,明确其最大应力和最大变形产生的部位。正交试验结果表明,土壤密度对深施装置行进阻力的影响较大,深施深度影响次之,行进速度影响较小;行进阻力随深施深度、土壤密度和机具行进速度的增大而增大。     

自走式不对行棉秆联合收获打捆机的设计与试验

针对棉秆收获效率低、压捆密度小等问题,设计一次进地可实现棉秆拔除、输送、切断、压缩和打捆作业的自走式不对行棉秆联合收获打捆机。该机具采用安装有V型齿板的不对行拔秆辊和清理辊配合作业,实现棉秆的不对行整株拔除作业,有利于提高棉秆的收获效率和拔净率;采用滚筒式铡切装置将棉秆长度切断成(20±5) cm,实现棉秆先切断后压缩打捆作业,有利于提高棉秆的压捆密度。根据棉秆的特性和收获要求,确定关键部件的参数并进行仿真,结果显示,设计的关键部件满足棉秆收获性能要求。田间试验表明:棉秆的不对行拔除、切断、压缩和打捆联合作业性能良好,满足棉秆机械化收获要求;棉秆切断长度合格率为95.24%,压捆密度为159.3 kg/m~3;当不对行拔秆辊旋转速度为390 r/min,不对行拔秆辊入土深度3 cm,机具行进速度1.2 m/s时,棉秆拔净率为97.83%,作业效率0.98 hm~2/h。     

青饲料收获机切碎辊刀具的优化设计及试验

青饲料收获机切碎辊刀具的设计直接影响秸秆的切割质量。刀具与秸秆接触时的受力分析表明,切割力与秸秆的压应力有关,而压应力不仅与秸秆物理特性有关,也与刀刃的倾斜角有关。利用Ansys-Workbench有限元软件进行仿真分析,结果表明,当刀具材料为65Mn、刀具厚度为8 mm、刀尖倾斜角度为30°时,刀具的等效应力最小。以秸秆层厚度、刀具倾斜角、秸秆含水率为试验因素,以切割装置切割秸秆时的扭矩值为试验指标,通过正交试验及交互作用分析,确定了因素对指标影响的主次关系为：A2>C2>B2>A>BC>AC>C>B,当秸秆层厚度7.5 cm、刀具倾斜角度35°、秸秆含水率35%时,刀辊扭矩值最小。验证试验结果表明选取的较优参数组合真实可行。该研究为新型刀具及防堵刀辊的机理研究提供了理论和试验借鉴。     

青饲料收获机切碎辊刀具的优化设计及试验

青饲料收获机切碎辊刀具的设计直接影响秸秆的切割质量。刀具与秸秆接触时的受力分析表明，切割力与秸秆的压应力有关，而压应力不仅与秸秆物理特性有关，也与刀刃的倾斜角有关。利用Ansys-Workbench有限元软件进行仿真分析，结果表明,当刀具材料为65Mn、刀具厚度为8 mm、刀尖倾斜角度为30°时，刀具的等效应力最小。以秸秆层厚度、刀具倾斜角、秸秆含水率为试验因素，以切割装置切割秸秆时的扭矩值为试验指标，通过正交试验及交互作用分析，确定了因素对指标影响的主次关系为：A2>C2>B2>A>BC>AC>C>B，当秸秆层厚度7.5 cm、刀具倾斜角度35°、秸秆含水率35%时，刀辊扭矩值最小。验证试验结果表明选取的较优参数组合真实可行。该研究为新型刀具及防堵刀辊的机理研究提供了理论和试验借鉴。     

干旱地区深松灭茬镇压联合整地机的研究与试验

为解决干旱地区现有保护型整地机功能单一、进地次数、镇压效果差等问题,设计一种深松、灭茬、镇压联合作业机。对深松铲与土壤的接触力学分析,设计弹簧缓冲装置,并对圆盘灭茬刀进行力学分析与试验。运用ANSYS模拟镇压辊与土壤接触过程,设计防粘土装置,对整机稳定性进行分析计算。田间试验结果表明:该机深松深度为(489.3±8.6)mm,深松稳定性94.6%,能完全打破犁底层;当机车前进速度为1.4m/s时,圆盘转速为500r/min,根茬粉碎率90.3%,碎土率89.3%,土地平整度30.8mm,整地效果较好。该机各项指标能够较好的满足设计要求。     

双螺旋旋耕埋草模型刀辊工作扭矩试验

为研究双螺旋旋耕埋草刀辊对水田土壤耕整时的工作性能,以相似原理为理论依据,基于LabVIEW搭建扭矩测试平台,制作与原型大小比例为1∶2的模型刀辊,以工作扭矩为评价指标,以土壤含水率、前进速度、刀辊转速和耕深为试验因素,在室内土槽条件下对该模型刀辊的工作扭矩进行研究。单因素试验结果表明:在试验范围内,模型刀辊的工作扭矩随前进速度的增加而增大,随刀辊转速的增加而减小。选取L18(37)正交表,开展上述4因素对模型刀辊工作扭矩影响的正交试验,极差结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度及刀辊转速对模型刀辊的工作扭矩的影响程度依次降低,方差分析结果显示,土壤含水率、耕深、前进速度对工作扭矩有极显著的影响,刀辊转速对工作扭矩影响不显著。