旋耕机作业参数设计对拖拉机功耗的影响研究

本课题研究了旋耕机作业参数对拖拉机功耗的影响关系,建立旋耕机作业参数对拖拉机功耗影响的数学模型,以旋耕机作业耕深、作业推进速度、刀辊转速为影响因子设计正交试验,试验结果表明:影响拖拉机功耗的各因素主次顺序为作业前进速度、刀辊转速、作业耕深。考虑旋耕作业质量与旋耕作业效率前提下,较优的旋耕作业参数为:作业推进速度2.9km/h,刀辊转速275r/min,耕深为210mm时,功耗值77.3kW,碎土率达到85%。通过数据分析软件对旋耕机作业参数与功耗建立回归方程,回归方程相关性高,有效反应了各试验因素与功耗之间的影响关系。研究结果为旋耕机结构参数设计、拖拉机动力匹配等工作提供了参考依据。     

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。     

通用刀片功率消耗影响因素分析与田间试验

在实验室土槽中对旋耕-碎茬通用刀片单刀扭矩进行了试验,确定了在旋耕作业和碎茬作业时,耕深、刀辊转速、机组作业速度对功率消耗的影响,建立了这两种作业状态下扭矩与工作参数关系的回归方程.土槽试验结果表明,转速对功率消耗影响显著,耕深影响次之,作业速度对功率消耗影响较小.将通用刀片安装到仿生智能耕整机上进行田间旋耕和碎茬试验,田间测试结果表明,耕深稳定性达93%,平均碎茬率、根茬覆盖率、碎土率分别为81.8%、87.2%、87.9%,均满足两种作业的农艺要求.     

卧式正转旋耕机弯刀的切土起始半径

提出弯刀切土起始半径概念及其计算的理论方法。对国产弯刀进行了计算与分析,得出切土起始半径与耕深、旋耕速比及刀滚回转半径的关系。得出的结论,对设计和使用者有一定的参考价值。     

微耕机旋耕刀辊弯刀排列优化仿真分析

旋耕刀辊弯刀排列是决定微耕机耕作性能的重要因素,本文对微耕机旋耕刀辊进行优化设计并建立其数学模型,研究刀辊各项参数间的影响因素。根据相关文献对一种微耕机旋耕刀辊弯刀进行优化设计,参考旋耕刀辊排列准则建立排列数学模型,得到旋耕刀辊弯刀排列优化设计方法。基于SPH算法建立本文提出的旋耕刀辊弯刀排列方法的刀辊有限元模型,并进行动力学仿真,由仿真结果可知,优化后的旋耕刀辊相对于传统旋耕刀辊在切土时能达到减阻降振、减小冲击和节约能耗的效果。     

基于离散元法的筑埂机旋耕切削性能研究

为提高水田筑埂机筑埂质量和工作效率,探究旋耕弯刀的结构参数和工作参数对筑埂机旋耕切削性能的影响,构建了旋耕弯刀—土壤的离散元模型,同时对旋耕弯刀工作时复杂的受力情况进行分析。以IT245旋耕刀为基础,设计了几种不同的旋耕刀片,分别以旋耕弯刀结构参数和工作参数为试验因素,单位幅宽扭矩和扭矩为试验指标,进行两组正交试验。通过极差分析,得到影响旋耕弯刀功耗的3种主要工作参数,并探究其对旋耕弯刀碎土效果的影响规律。综合分析得到旋耕弯刀参数最优组合为:正切面端面刀高60mm,侧切刃包角27°,弯折角120°,幅宽60 mm,工作转速300 r/min,前进速度0. 3 m/s,工作深度100 mm。该研究为探讨刀具与土壤相互作用机理、降低水田筑埂机作业能耗及提高碎土效率提供了参考。     

低地隙茶园管理机齿耕与旋耕作业性能试验分析

为了更好地研究齿耕和旋耕机具的作业性能,利用土槽试验台对两种不同作业模式的机具进行性能试验。从耕深、碎土率、功耗等三个方面对两机进行性能试验,并对结果进行分析。试验结果表明:齿耕作业比旋耕作业耕得深、碎土率低、功耗高。     

基于离散元法的立式旋耕刀工作参数分析与优化#br# #br#

为探究立式旋耕刀作业参数对其受力情况及碎土效果的影响，建立立式旋耕刀作业的离散元模型，并对其所受阻力、扭矩的变化规律进行分析；通过设计正交试验，得到立式旋耕刀工作参数对其阻力、扭矩、作业功率及碎土率的影响，并建立相应的预测模型。通过响应面分析和预测模型对立式旋耕刀作业功率和碎土率进行参数优化，得到最佳工作参数为：前进速度1.2 m/s，刀具转速307.141 r/min，耕深25 cm，模型预测立式旋耕刀作业功率为7.042 kW，碎土率为8085%。将最佳工作参数代入仿真试验，对比试验数据得到功率的模型预测值与仿真值间的相对误差为3.97%，碎土率的相对误差为3.45%，验证了预测模型的可用性。     

六头螺旋秸秆还田耕整机刀辊设计与试验

针对长江中下游两熟制地区土壤黏重板结,传统秸秆还田耕整机作业质量不理想、刀辊易缠绕和功耗大等问题,提出了一种六头螺旋秸秆还田耕整机刀辊。基于滑切原理设计了等滑切角二次切刀,阐述了刀辊结构及工作原理,分析了二次切刀减阻程度及主要作业参数。田间试验结果表明:各因素对功耗和秸秆掩埋率影响显著性由大到小分别为刀辊转速、耕深、作业速度和耕深、作业速度、刀辊转速,对秸秆粉碎率和碎土率影响显著性由大到小为刀辊转速、作业速度、耕深,通过软件分析得到最优参数组合为:耕深12. 7 cm,作业速度0. 7 m/s,刀辊转速273 r/min。验证试验结果表明:最优参数组合下六头螺旋秸秆还田耕整机功耗、秸秆掩埋率、秸秆粉碎率和碎土率分别为31. 9 k W、93. 1%、87. 5%和78. 3%,与软件预测值之间的误差分别为4. 7%、1. 4%、1. 9%和2. 6%。对比试验结果表明:六头螺旋秸秆还田耕整机功耗和秸秆掩埋率较水旱两用秸秆还田耕整机分别低8. 8%和2. 3%,秸秆粉碎率和碎土率分别高3. 0%和6. 1%。     

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.     

基于离散元法的筑埂机旋耕刀轴性能分析

为探究水田筑埂机旋耕切削部件与土壤间的相互作用机理,提高旋耕刀轴的作业质量和工作效率,对现有旋耕机常用的刀具排布方式进行探讨,提出一种新的刀具排列方式。该方式为刀具沿左右两个刀轴对称排布,筑埂机刀轴上采用旋耕弯刀、抛土弯刀和切型弯刀组合安装,三种弯刀均采用刀座式安装,旋耕弯刀数量为12把;抛土弯刀数量设计为2把;切型弯刀数量设计为2把。通过离散元仿真试验,研究旋耕刀轴上旋耕弯刀的不同刀具排布方式对刀轴工作性能和对土壤破碎效果的影响,结果表明旋耕弯刀采用三头螺旋线排列的情况下,机具对土壤的破碎效果更好,所受工作阻力的最大值相较于双头螺旋形排列和人字形排列分别减小160.77 N,119.52 N,作业扭矩分别减少54.87 Nm,163.58 Nm,刀轴的受力变化幅度小,作业更加稳定。     

驱动式马铃薯中耕机关键部件设计与碎土效果试验

针对传统锄铲式中耕机在粘重土壤作业中碎土率低、碎土后土壤粒径较大等问题,对驱动式马铃薯中耕机的关键部件进行了设计,通过对整体结构和工作原理的阐述,对由碎土刀与刀盘组成的耕作部件进行参数设计与运动学分析,并对碎土刀切削土壤过程的剪切应力进行理论分析,运用Matlab确定了影响剪切应力的因素参数范围。以碎土刀刀轴转速、前进速度、耕深、碎土刀折弯角和刃口长度为因素,以碎土率为指标进行了试验台试验,并进行了正交回归方差分析。试验结果表明:在刀轴转速为275 r/min、前进速度为0.75 m/s、耕深为0.18 m、碎土刀折弯角为150°、刃口长度为0.07 m时,耕作后土壤碎土率为93.8%。试验确定了碎土刀的最优结构参数,所设计的碎土刀能增强碎土效果,关键部件的设计满足马铃薯中耕作业耕深、碎土要求。该研究基本解决了中耕过程中碎土率低、碎土后土壤粒径较大等问题,作业效果更加明显,为马铃薯中耕机的设计改进与优化提供了理论支撑和技术参考。     

全秸硬茬地碎秸行间集覆小麦播种机设计与试验

针对我国稻麦轮作区常规稻茬麦机械化播种时存在田间稻秸量大、耗工耗时和播期延误等问题,提出了全量碎秸行间集覆、洁区种带宽幅播种的技术思路,设计了一种全秸硬茬地碎秸行间集覆小麦播种机,该机能一次性完成碎秸清秸、行间覆秸、种带施肥旋耕、播种镇压等工序,适宜在稻收后未作任何秸秆移出及耕整地处理的全秸硬茬地作业。对秸秆粉碎装置、碎秸导流装置和种带旋耕装置等关键部件进行了理论分析,确定了相关结构与参数;为在种带内高质、顺畅、满播小麦,设计了播种及镇压装置;以粉碎刀辊转速、径向距离和作业速度为试验影响因素,以清秸率和种带宽度变异系数为评价指标,设计了三水平三因素正交试验。结果表明,工作参数为粉碎刀辊转速2200r/min、径向距离20mm、作业速度0.8m/s和旋耕刀辊转速300r/min时,对应田间试验的碎秸平均长度为110mm、平均碎秸合格率为91.47%、平均种带清秸率为92.58%、平均种带宽度变异系数为10.91%、平均播深为41mm、平均播深合格率为97.32%;长势跟踪及测产结果表明,与常规播种方式相比,未出现明显缺苗弱苗现象,两种播种方式的产量基本相同。     

3ZFD-440中耕施肥机设计与试验研究

为解决东北玉米大垄双行种植模式试验推广过程中,由于缺少与播种机配套使用的中耕施肥机具,出现的中耕施肥效率低,效果差等问题,设计一种基于玉米大垄双行种植技术的驱动式中耕施肥机。该机利用分组驱动式旋耕装置和地轮驱动施肥装置,能够一次完成玉米行间松土、碎土、除草、施肥和培土等多项作业。通过对中耕碎土直刀的运动轨迹分析,得出碎土直刀不出现漏耕带的理论数值,建立碎土直刀刃口的数学模型,设计出碎土直刀的结构。根据中耕施肥机的工作原理,对其进行科学合理的整体布局,得出整机的技术参数。田间性能检测和试验考核结果表明:作业速度1.22 m/s、刀轴转速1 000 r/min、中耕深度118.34 mm,得到较优工作参数,此时伤苗率为3.85%,除草率为85.86%,符合玉米中耕施肥要求,实现优良农艺与现代农机的结合。     

电动旋耕培土机的田间性能试验研究

针对目前大多中耕培土作业机械依靠燃油作为动力源严重污染环境且作业成本高等问题,通过替换动力源的方式,设计了电动旋耕培土机。试验结果表明:作业耕深稳定性、培土高度合格率、培土角度合格率及碎土率等作业性能指标均能达到国家相关标准规定,同时其经济性优于同功率燃油机械。     

水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验

针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题,运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设,运用离散元法建立土壤颗粒力学模型,应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验,仿真结果表明,耕深在20 cm时,土壤表层覆盖率为93.87%。通过土槽台架试验得到:在作业速度为1.25 km/h、刀辊转速为237 r/min时,耕深可达到22 cm,地表以下15~20 cm翻埋的秸秆占秸秆总量的80%,秸秆还田率为91.63%,同时刀辊轴不缠草。试验结果表明,秸秆还田深度达到水整地环节的要求,秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证,证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能,满足农艺要求。     

船式旋耕埋草机螺旋刀辊作业功耗试验

基于LabView软件平台开发了功耗测试系统。采用相位差原理，对船式旋耕埋草机的螺旋刀辊进行了中稻收获后的水田适度耕整与秸秆埋覆还田功耗试验。在功率测试平台上对测试系统进行了标定，结果显示系统测量误差在5%以内。在田间对螺旋刀辊作业功耗进行了实时检测，通过分析各因素对功率消耗的影响，得到了船式旋耕埋草机较优作业模式：实行2次耕整，刀辊转速310r/min，其中第1次作业耕深55mm，其平均作业功耗为7.13kW，第2次作业耕深达到110mm，其平均作业功耗为7.59kW，两次耕整后秸秆埋覆率达到95%以上。     

筑埂机旋耕切削部件的优化设计与疲劳寿命研究

针对我国现有筑埂机械存在功耗较大、机具磨损严重、土壤破碎不充分和筑埂不坚实等问题,设计一款新型旋耕切削装置,该装置由旋耕弯刀、抛土弯刀、L型弯刀以及刀轴等部件组成。运用离散元法构建刀具与土壤接触的力学模型,探究不同刀具的结构参数对其工作性能的影响。结果表明旋耕弯刀弯折角为125°,幅宽为60 mm,正切面端面刀高为55 mm,侧切刃包角为27°时,刀具功耗相对较低,而且碎土效果较好;抛土弯刀的弯折角为120°,幅宽为80 mm时,刀具的功耗及碎土效果较好;从材料损耗的角度考虑,L型弯刀幅宽为40 mm时刀具所用的材料最小。最后,对旋耕弯刀的疲劳寿命进行分析,为延长刀具的使用寿命提供理论依据。     

小麦双轴旋耕播深控制装置设计及试验研究

为解决小麦播种过程中播深一致难以控制的问题,设计了一种具有播深控制装置的双轴旋耕播种机。机组采用前旋耕刀组正转深旋,后旋耕刀组反转浅旋抛土,后置播深控制装置铲土板与旋耕刀组联合作用产生平整种床,后刀轴旋耕刀反旋所抛土壤部分越过挡土板均匀覆盖在种层上完成覆土,实现小麦种子3～5mm的播深均匀一致。通过建立刀尖轨迹运动方程,分析了前旋耕刀组正转深旋、后旋耕刀组反转浅旋的合理性,运用旋耕抛土理论建立了后刀轴旋耕刀被抛土粒的轨迹方程,确定了在机器前进速度、旋耕刀转速、回转半径等参数设定下的抛土率,以抛土率为理论依据、小麦播种深度为农艺要求,进一步确定了小麦播种深度为40mm时的后旋耕刀组旋耕深度、播深控制部分挡土板上沿相对后旋耕刀轴中心的安装高度及挡土板高度。采用五点取样法对实际样机进行田间试验,测得播种深度平均值为37.04 mm,播深合格率可达92%,实际覆土厚度与理论设计厚度的相对误差约为7.4%;进一步跟踪小麦出苗后播种深度,测得小麦苗体根茎部反映播种深度的特征长度平均值为33.76mm,播深合格率为90%。试验结果表明:基于双轴旋耕的反旋抛土播深控制装置可以较好地保证小麦种子的播深一致,符合小麦播种农艺要求。     

旋耕刀排列方式对反转旋耕机作业性能的影响研究

以秸秆还田作业为背景,研究反转旋耕机刀辊排列方式对作业性能的影响。为此,设计了4种刀辊排列方式,分别为螺旋排列、人字排列、双人字排列及正人字排列,从旋耕作业主要性能指标及秸秆还田指标去分析。结果表明:①功耗方面刀辊排列方式影响比较明显,在耕深稳定性、碎土率、植被覆盖率方面,刀辊排列方式影响并不明显;②在秸秆分布方面,4种排列方式对于机具作业影响基本相同,都未到达秸秆深埋的效果。