基于离散元法的油莎豆降阻挖掘装置设计与试验

目前油莎豆机械化收获方式以正旋旋耕挖掘为主,但工作过程中存在工作阻力大、碎土率低、埋果率高等问题,本文针对油莎豆旋耕挖掘方式进行反旋运动学分析,建立了旋耕刀与油莎豆团聚体离散元模型,结合EDEM进行挖掘过程离散元仿真试验,确定影响旋耕刀工作阻力和刀轴扭矩的结构参数和取值范围,利用Design-Expert进行试验优化与回归分析,确定旋耕刀的最佳结构参数为：弯折角130°、工作幅宽45mm,在相同参数设置下与正旋旋耕方式进行对比试验,工作阻力降低了8.6%,刀轴扭矩降低了5.9%,证明反旋挖掘具有降阻作用。为检验优化设计的旋耕刀作业性能,以埋果率和土壤破碎率作为试验指标进行对比试验,结果表明：反旋作业方式埋果率1.07%,土壤破碎率93.48%,与标准旋耕刀相比,新型旋耕刀油莎豆块茎埋果率减低了1.2个百分点,土壤破碎率提高了1.3个百分点。     

基于离散元的稻板田旋耕功耗预测模型研究

针对旋埋刀辊在对长江中下游稻板田耕作时存在的高功耗问题，基于离散元方法构建稻板田旋耕功耗预测模型，以辅助旋埋刀辊功耗检测。连续3年对稻板田土壤含水率的进行监测，发现土壤含水率与其塑限接近，说明稻板田土壤塑性较差，结合土壤受载后的形变及破坏特点，最终选定HertzMindlin with Bonding颗粒接触模型表征稻板田土壤的粘结和破坏情况。根据旋耕作业形式的特殊性和旋埋刀辊的结构特点，沿幅宽方向缩小旋埋刀辊的尺度，在旋耕测试平台的辅助下，完成标定参照试验。利用离散元软件建立旋耕作业模型，进行等步长爬坡试验，通过步阶次序建立接触参数与功耗指标之间的函数关系，代入标定参照试验功耗值，最终确定稻板田旋耕功耗预测模型的接触参数取值，完成模型的构建。为进一步验证该模型的适用性，在不同作业工况下对通用刀辊和旋埋刀辊进行误差对比试验，结果显示，预测误差范围为3.63%～9.48%，均值为6.65%，结合方差分析说明，稻板田旋耕功耗预测模型适用于不同旋耕刀辊及工况下的功耗预测。还原刀辊真实尺度的田间试验功耗预测误差范围为2.50%～12.81%，均值为7.28%，刀辊结构在缩放过程误差变化较小，说明模型能够准确反映旋埋刀辊在稻板田作业的功耗情况。     

甘蔗旋耕施肥机的设计与试验

我国是甘蔗种植大国,种植区域集中在海南、广西、云南等南方热带地区。甘蔗种植在云南省种植业中占很大比重。云南地形特殊,多丘陵山地,种植坡度在20°左右,土地多为红土壤,土壤粘阻比大,导致现阶段云南地区的甘蔗田间管理大多采用人工松土施肥,或为单一功能的小型农具,机械化程度不高、工作效率低、作业效果不理想。为此,设计了专门用于云南地区的甘蔗旋耕施肥复合机具,与现有旋耕机具相比,增加了施肥功能且旋耕刀针对云南红土壤特点设计为弯刀。同时,运用SoildWorks软件进行三维建模,对旋耕装置进行运动学计算和功耗分析。田间试验表明:样机作业效果得到提升,达到甘蔗种植的农艺要求。     

驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机设计与试验

针对传统旋耕式耕整机在稻-油或稻-稻-油水旱轮作的油菜种植模式下进行耕整地作业易存在整机通过性、适应性差,旋耕装置作业碎土率低、刀辊易缠草、秸秆埋覆性能差等问题,设计了一种驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机。提出先主动犁耕后双刃旋耕、两侧开畦沟的工作方式,分析确定了驱动圆盘犁组主要结构参数以及驱动圆盘犁组-开畦沟前犁布局方式;分析确定了一种应用于驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机的双刃型旋耕装置关键结构参数。依据滑切原理确定了具有长刃部和短刃部的双刃型旋耕刀片关键结构参数;根据驱动圆盘犁组结构布局确定了双刃型旋耕装置为双头螺旋线排列方式。利用离散元仿真方法分析了整机的秸秆埋覆性能以及对土壤耕层交换的影响,结果表明整机作业平均秸秆埋覆率为94.69%,且整机作业后土壤耕层混合均匀。在秸秆留茬量不同的两种工况下进行田间性能试验,田间性能试验表明,驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机作业后平均秸秆埋覆率为96.45%,平均碎土率为95.30%,犁组不堵塞,刀辊不易缠草,机组通过性好;田间播种试验表明,整机播种后油菜出苗均匀,整机作业各项指标均满足稻茬地油菜直播种床整备要求。     

甘蔗叶粉碎还田机集叶器设计与试验

为了解决一般粉碎还田机甩刀无法将沟底甘蔗叶捡拾起来的问题,设计了一种集叶器.集叶器斜杆与限位轮刚性连接,底端接触地面,可将紧贴地面的甘蔗叶收集、提升至一定高度,使喂入高度增加,从而使甩刀离地沟间隙超过垄高,不仅避免甩刀切入土壤和碰撞坚硬石块等障碍物,减少不必要的动力消耗,面且捡拾率和粉碎率分别提高3.4%～4.3%和9.4%～11.8%.经理论分析和田间试验确定了集叶器斜杆倾角为40°～60°,斜杆底端与机壳前端距离为60～70 cm.     

开沟旋耕机渐变螺旋升角轴向匀土刀辊设计与试验

针对长江中下游农业区开厢沟后旋耕作业地表平整度差、土壤轴向分布不均匀等问题,设计了一种渐变螺旋升角轴向匀土刀辊。分析了旋耕刀轴向运土力学条件,建立了匀土刀辊旋耕刀扰土体积参数方程和旋耕刀渐变螺旋升角排列螺旋线方程,并分析确定了影响匀土刀辊轴向匀土性能的关键因素为刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角。运用离散元法模拟匀土刀辊作业过程,以耕后地表平整度为试验指标,以刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角为试验因素,进行了正交试验,建立地表平整度回归方程。利用Design-Expert分析软件得到最优参数组合为：刀辊转速260r/min、旋耕切土节距8.3cm、初始螺旋升角71°,此时仿真地表平整度为17.35mm。在最优参数组合下进行了田间试验,结果表明,匀土刀辊作业后,地表平整度、土壤轴向分布均匀度、耕深稳定性系数、碎土率的均值分别为14.5mm、8.82%、92.34%、81.66%,整体耕整效果优于常用旋耕刀辊。     

广西甘蔗生产机械化业补贴实地核验方法建议

为贯彻落实国家有关糖业发展的支持政策,促进甘蔗生产全程机械化,推动糖业高质量发展,广西从2020年8月1日起,实施对甘蔗机械化作业的服务组织和个人包括深耕(深松)、粉垄整地、旋耕、开行、联合种植、中耕培土、植保、行间剥叶、联合机收、割堆机收、割铺机收、地头集堆剥叶、蔗叶粉碎还田、机收运输等甘蔗生产全程机械化作业环节进行补贴.虽然广西甘蔗生产全程机械化作业补贴工作实施一年来取得了初步成效,但是旋耕、开行等相关补贴工作仍然存在一些困难和问题急需解决.     

带状旋耕式小麦免耕播种机耕作部件作业机理研究

为明确带状旋耕式免耕播种机耕作过程中耕作机具与土壤间的相互作用机理,利用离散元仿真软件从微观层面对典型的且已广泛应用的IT225型旋耕刀、直刃旋耕刀和凿型旋耕刀进行仿真,研究发现旋耕刀具的抛土特性是影响土壤回填效果的关键因素。田间试验表明,土壤破碎体的回填率随刀轴转速的增加而下降。IT225型旋耕刀在高刀轴转速(280 r/min)下侧向抛土现象最为明显,在超高刀轴转速(510 r/min)时创造的土壤侧抛率最高,达到了92%,因此产生回填效果最差,回填率仅为8%,无法满足播种时种—土接触的需要。凿型旋耕刀耕作过程中可以勾带起部分土壤破碎体向机具前进方向抛洒,在刀轴转速为510 r/min时土壤侧抛率为85%,能够产生接近36%的土壤回填效果。直刃旋耕刀的侧向抛土集中在刀轴两侧10 cm范围内,在刀轴转速为510 r/min时侧抛率只有70%,回填率高达60%显著高于其他两种刀具。鉴于土壤回填效果对种—土接触的重要性,直刃旋耕刀耕作过程中具有土壤扰动范围小、土壤破碎体侧抛率低、回填效果好等优点,本文推荐直刃旋耕刀作为带状旋耕播种机的耕作部件。     

双轴式旋耕灭茬机灭茬刀辊结构设计与试验

针对农机具节能减排和提高秸秆根茬粉碎率等问题,优化设计了一种与大功率拖拉机配套的旋耕灭茬播种机的灭茬刀辊系统,系统由刀片、刀盘和刀轴等组成。根据灭茬机理,设计出灭茬刀具,并采用三维软件建模。同时,运用EDEM离散元仿真软件进行旋切虚拟试验,检验设计的刀辊系统的工作性能。通过仿真试验对比,测定灭茬刀辊的扭矩与切削速度、刀辊转速的关系,观察分析秸秆根茬被灭茬刀辊切断粉碎情况及灭茬刀辊对土壤的扰动情况。田间试验结果表明:各项指标均达到了国家相关标准的技术要求,整机的作业速度和刀辊的工作转速在0.4m/s、600r/min条件下刀辊碎土性能最好;整机的作业速度、刀辊的工作转速相比灭茬深度对碎茬率的影响比较显著,作业速度和刀辊的工作转速在0.6m/s、600r/min条件下刀辊灭茬性能最好。该研究可为灭茬刀辊系统设计提供参考。     

秸秆精细粉碎双排定刀还田机的研究设计

目前我国市场上使用的秸秆还田机,粉碎部分都是以高速旋转的动定刀结合的粉碎方式对秸秆进行粉碎,但是因不同地块的秸秆含水量有所不同,这种单一的粉碎方式对粉碎后的秸秆长短不可控制,较长的秸秆在后续的翻埋、碎混等还田作业环节中无法被土壤覆盖,裸露秸秆多,不易腐烂,严重影响下一轮播种作业。研究设计一种秸秆精细粉碎双排定刀还田机,通过前后配置的双排定刀与秸秆精细粉碎刀辊的配合,提高了对秸秆的适应能力。     

山地拖拉机坡地等高线旋耕土壤侵蚀规律研究

针对黄土高原丘陵山区坡地等高线旋耕作业时土壤耕作侵蚀(土壤由坡高侧向坡低侧迁移)严重及其机理不明等问题,通过理论分析、仿真试验、土槽及实地试验相结合的方法,深入开展山地拖拉机坡地旋耕侵蚀规律研究。首先,构建了H245标准型常用旋耕刀在坡地工况下的扰土体积参数方程,完成了旋耕刀坡地扰土过程的经典力学分析,确定了导致坡地旋耕土壤侵蚀的主要影响因素：坡地角、耕作深度、刀轴转速以及旋耕作业速度;然后,基于EDEM离散元仿真软件研究了单把旋耕刀和旋耕机整机的坡地扰土规律,得出土壤颗粒在旋耕刀侧切刃的动态滑切作用下有水平向后运动的行为,浅层土壤颗粒位移最大,深层土壤颗粒位移最小,并且深层靠近旋耕刀回转中心的土壤颗粒位移最大;土壤的侧向位移方向受旋耕刀正切刃朝向的影响;随着旋耕刀的入土,土壤颗粒在垂直方向的位置呈先变深后变浅的趋势。最后,选取旋耕刀轴转速、旋耕作业速度和坡地角作为试验因素,进行了实地旋耕单因素和正交试验,单因素试验得到土壤水平、侧向位移随着上述3个因素变化的规律;正交试验方差分析得到影响土壤侧向位移的主次因素为坡地角、旋耕刀轴转速、旋耕作业速度,影响土壤水平位移的主次因素为旋耕作业速...     

双辊秸秆还田旋耕机试验

阐述了粉碎刀辊正转、旋耕刀辊反转的双辊秸秆还田机结构特点和作业机理.基于土槽试验台设计了室内旋耕耕作部件试验装置.室内试验结果表明,双辊作业模式具有良好的植被性能和相对较低功耗,其应用于双辊秸秆还田旋耕机是可行的.研制了双辊秸秆还田旋耕机并进行了玉米秸秆还田性能试验,试验结果表明双辊秸秆还田旋耕机可一次完成直立玉米秸秆还田、旋耕碎土等联合作业,秸秆粉碎合格率、根茬破碎率、植被覆盖率、碎土率等可达90％以上.     

新型秸秆还田机械

1.1GQN-180型变速灭茬旋耕机 由江西南昌矿山机械研究所研制生产.该机采取中间传动,具有旋耕、灭茬两种功能,可在旋耕前浅耕灭茬,将根茬打碎抛撒均匀,待旋耕作业时,把粉碎后的根茬埋覆在浅层土壤中,有利于加速腐烂、分解,起到培肥地力的作用.其主要特点:①结构简单,重心平稳,采用中间全齿轮传动,刚性好,机架牢固,无侧边传动,左右对称.②变速方便、快捷.③通用性好.零部件通用率达80%以上.④改善了旋耕机刀轴两端轴承的密封性,有效地防止了作业时外界泥、水和粉尘的侵入,起到了延长轴承使用寿命和保养周期的作用.     

反旋深松联合作业耕整机设计与试验

针对现有深松旋耕联合作业机多为深松部件在前、旋耕部件在后的组合结构,较少考虑各工作部件作业时之间的相互影响,本文基于深松部件、旋耕部件作业之间的交互作用,设计一种用于深耕的反旋深松联合作业耕整机,通过旋耕、深松、镇压多工序实现表层土壤细碎、秸秆埋覆,深层土壤疏松目的。整机以提高作业质量、减少作业阻力为设计目标,运用离散元仿真与正交试验、有限元仿真结合进行整机参数优化。离散元仿真结果表明:机具作业速度v_m为1.8 km/h、刀轴转速n为350 r/min、旋耕刀类型X为IIT195弯刀时,机具作业壅土量为5 283个土壤颗粒,植被覆盖率为98.37%,此时综合作业质量较优;有限元仿真结果验证了深松铲设计强度满足作业要求。以较优参数组合为基础的田间试验结果表明:反旋深松联合作业耕整机旋耕深度、深松深度、地表平整度、土壤膨松度分别为182.8 mm、388.4 mm、18.3 mm、17.22%;旋耕深度稳定性、深松深度稳定性、植被覆盖率均在90%以上,完全满足深层土壤整地需求;与深松旋耕联合整地机相比,反旋深松联合作业耕整机在不影响作业效果前提下,提高了耕深稳定性、植被覆盖率,同时使牵引阻力降低了16.21%,作业稳定性、可靠性较好。     

反旋灭茬施肥播种机刀具排列作业效果影响试验

为考察反转旋耕灭茬作业机械中刀具排列对作业效果的影响,设计了3种反转旋耕刀具排列为基本试验组,以刀具人字排列正转旋耕灭茬为对照组,进行了田间试验。试验结果显示:正转旋耕正人字排列组试验平均驱动功耗27.65k W,耕深稳定性94.6%,优于反转旋耕的3种方案结果;而从埋茬分布率和耕后地表平整度观察情况来看,反旋3种刀具排列方案均优于正转旋耕方案。其中,刀具人字形排列反转灭茬碎土率为89.1%,埋茬分布率为59.6%,高于其他3组。试验结果表明:反转旋耕灭茬整体作业效果优于正转作业,而刀具人字形排列方案为所有反转灭茬中效果最好的排列方案。     

1JHB-150型双辊式菠萝叶粉碎还田机的研制与试验

针对现有单辊式菠萝茎叶粉碎还田机械作业效率低、作业难度大、作业能耗高及重复作业压实土壤等问题,研制了一种以大中型拖拉机为配套动力的双辊式菠萝茎叶粉碎还田机。该机由三点悬挂机构、机架、传动系统、粉碎机构及限位装置等组成,主要特点在于粉碎机构由前、后两个粉碎刀辊组成,前刀辊主要起到锤切茎秆、捡拾菠萝叶和进行初步粉碎的作用,采用双L改进型甩刀;后刀辊主要起到再次粉碎和切割菠萝叶纤维的作用,采用开刃口的直刀。通过前后刀辊的配合,能实现一次作业达到粉碎要求的目标。与现有机型相比,在保证粉碎率90%(粉碎后长度小于15cm的菠萝叶所占的比重)以上的条件下,生产率由0. 186hm~2/h提高到了0.356hm~2/h,油耗由71. 84 kg/hm~2降低到了54.14kg/hm~2,作业成本节省1/3,优于国内现有机型,适应菠萝地茎叶粉碎还田技术的发展需求。     

组合式灭茬、苗带旋耕整地机设计与试验

为解决高寒垄作地区保护性耕作残茬处理的问题,结合中国北方旱作农业的特点,设计一种与60～75 kW拖拉机配套使用的组合式灭茬、苗带旋耕整地机。该机采用垄上灭茬—垄中带状旋耕—耕后回土镇压的耕作方法,能够一次完成灭茬、旋耕、碎土、埋茬和镇压等多项作业。阐述整机结构及工作原理,对关键工作部件进行设计和运动分析。并以作业速度、旋耕深度和刀轴转速为影响因素,对其工作性能进行试验研究。田间试验结果表明:刀轴转速466 r/min、作业速度1.3 m/s、旋耕深度26 cm,得到较优工作参数,此时根茬粉碎率为93.68%,符合保护性耕作要求内容。     

秸秆颗粒形态对沟灌入渗特征影响的试验研究

为了探明秸秆粉碎颗粒形态对沟灌土壤水分运移特征和土壤质量含水率分布状况的的影响,采用具有不同秸秆粉碎形态的玉米叶(片状)和玉米芯(颗粒状),进行了室内试验研究,并采用HYDRUS-2D软件对不同处理湿润锋运移情况进行了模拟.结果表明:具有片状形态的玉米叶各处理,随混掺比例及埋深的不同,均能降低土壤的入渗率,而具有颗粒形态的玉米芯处理显著增加了土壤入渗率;玉米芯混掺处理表明在埋深(10,15］ cm设置混掺层能增大土壤的垂向运移距离,18%土壤质量含水率等值线垂向距离明显大于埋深(5,10］ cm处理的;玉米叶不同埋深处理表明埋深(10,15］ cm比(5,10］ cm更能增加18%土壤质量含水率等值线的水平距离;3%Y10~15(混掺比例3%,玉米叶,埋深(10,15］ cm)处理最大土壤质量含水率值达到21%,而其垂向运移距离最短,说明该处理能够有效地阻滞水分的垂向入渗,增强植物混掺层上部土壤质量含水率;采用HYDRUS-2D软件模拟的湿润锋运移值与实测值误差在3%以内,说明其能够准确描述植物混掺条件下沟灌入渗过程中的湿润锋运移特征.     

浅旋在保护性耕作中的作用和地位

旋耕作业是指利用旋耕机对耕地进行的耕作处理。旋耕作业深度一般在20cm以内．旋耕作业时，旋耕机的旋耕刀在对土层进行翻动，同时也将地表上的植被进行粉碎，并把粉碎过的植被和表层土进行混合，处理过的地表较为松软平整，十分有利于播种，因此，在我国很多地方旋耕作业已经代替了用铧犁翻耕作业。浅旋是旋耕作业的一种形式，是特指对10cm以内的地表浅层进行旋耕处理的作业，通常处理的深度在6-10cm。浅旋作业后，由于部分植被被埋于表层土中，减少了地表的覆盖量，降低了保护性耕作的效果。因此，学术界、政府主管部门和各地具体实施部门，对在保护性耕作中使用浅旋一直存有异议，现就相关问题作一些简要的分析。     

基于Delphi可视化编程的旋耕埋草机功耗检测研究

旋耕埋草机在作业过程中受到的阻力较大,尤其是在土壤粘重的地区作业,其功耗问题是制约该机发展的重要因素。针对高茬秸秆还田旋耕埋草机实际功耗大小不清楚、刀辊作业时运动参数与功耗的关系不明确等问题,根据功耗检测的基本原理,采用Delphi可视化编程软件,设计了一种新的旋耕埋草机功耗检测系统。该系统由4个模块组成,包括设计采集模块、传感器模块、数据分析模块和Delphi可视化显示模块。将该系统安装在旋耕埋草机上,对其性能进行了检测,并得到了转速、力矩和功耗等检测结果。该检测结果通过数据处理可以在Delphi开发的界面上进行可视化显示,为旋耕埋草机动力分配和节能降耗的研究提供了可借鉴的数据参考。