双自由度多铰接仿形免耕精量播种单体设计与试验

针对2BMFJ系列原茬地免耕覆秸播种机播后镇压效果和播种深度一致性不理想的问题,设计了双自由度多铰接仿形免耕精量播种单体,应用保守系拉格朗日方程建立了种沟深度数学模型,初步确定了影响种沟深度的关键结构与工作参数。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,选取弹簧初始增量、初始牵引角、弹簧刚度、机具作业速度为影响因素,开沟深度合格率、土壤坚实度合格率和开沟深度变异系数为性能评价指标,得到影响开沟深度合格率各因素由大到小顺序为:弹簧刚度、机具作业速度、弹簧初始增量、初始牵引角,影响土壤坚实度合格率各因素由大到小顺序为:弹簧刚度、机具作业速度、初始牵引角、弹簧初始增量,影响开沟深度变异系数各因素由大到小顺序为:初始牵引角、机具作业速度、弹簧刚度、弹簧初始增量。对试验数据进行优化处理,结果表明,在初始牵引角0°、弹簧刚度10 N/mm条件下,弹簧初始增量15～19. 5 mm、机具作业速度6. 7～7. 8 km/h范围内,开沟深度合格率大于95%,土壤坚实度合格率大于95%,开沟深度变异系数小于10%。     

丘陵地区双向仿形镇压装置设计与试验

针对镇压装置在丘陵地区作业时镇压不均匀、镇压强度不足等问题,借鉴丘陵山地农业机械结构特点,设计了一种能实现双向仿形和镇压强度可调的镇压装置。该装置主要由仿形调节机构、镇压强度调节机构和镇压轮组成。建立了丘陵地形下镇压轮与土壤相互作用模型,对镇压轮进行受力分析,确定镇压轮工作过程,同时对镇压装置进行受力分析,确定弹簧变形量(镇压强度)的合理范围。进行对比试验和田间性能试验,采用L9(34)正交试验,考察镇压轮类型、镇压强度、作业速度对镇压装置作业性能的影响,得到了各因素的主次顺序:镇压轮类型、弹簧变形量(镇压强度)、作业速度,最优组合:橡胶镇压轮、弹簧变形量20 mm、作业速度1 m/s,此时牵引阻力为22.3 N,根冠比为0.271。通过对比试验,证明仿形镇压装置更能保证镇压均匀性。     

仿形弹性镇压辊减粘防滑结构设计与试验

针对仿形弹性镇压辊粘附土壤和滑移率较大的问题,基于典型土壤动物蚯蚓的体表柔性几何特征,设计了一种适用于仿形弹性镇压辊的减粘防滑结构,其主体是橡胶凸起,同时采用肋条结构对其进行固定。这种结构具有粘附土壤少、滑移率低、镇压力分布均匀、碎土效果好等优点。通过理论计算和运动学分析对减粘防滑结构的运动过程进行研究,得出橡胶凸起的特征方程,以及凸起高度和肋条高度的取值范围。通过三因素三水平正交组合试验得出影响镇压辊粘附土壤量因素的显著性顺序依次为:凸起高度、肋条高度、载荷;影响镇压辊滑移率因素的显著性顺序依次为:肋条高度、凸起高度、载荷;得到减粘防滑结构的最佳参数组合为:载荷450.0 N、凸起高度13.9 mm、肋条高度15.1 mm,并找到各因素对粘附土壤质量和滑移率的影响。田间验证试验和对比试验得到镇压辊的粘附土壤质量为39.2 g,滑移率为3.89%,分别比没有减粘防滑结构的镇压辊降低60.1%和54.3%。     

弹性螺旋式覆土镇压器的设计与参数优化试验

针对2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机春播作业时,触土工作部件表面土壤粘附量较大、搅乱土层问题,设计了一种具有主动输送土壤和克服粘附力的弹性螺旋式覆土镇压器。确定了弹性螺旋式覆土镇压轮的关键结构参数,应用四因素三水平正交试验法,以机具作业速度、螺距、垂直载荷和土壤含水率为试验因素,覆土厚度、土壤坚实度和土壤粘附量为评价指标,对影响覆土镇压器作业性能的结构与工作参数开展优化试验研究。结果表明:在作业速度8km/h、螺距25mm、垂直载荷600N、土壤含水率25%条件下,覆土厚度3.9cm,土壤坚实度40.3kPa,土壤粘附量0.35kg。该覆土镇压器在满足作物所需覆土厚度和镇压强度条件下,可有效减少土壤粘附量,为覆土镇压器设计与精准播种奠定基础。     

油麦兼用型精量宽幅免耕播种机仿形凿式开沟器研究

针对播种作业地表不平、播种机宽幅导致各行播深均匀性和稳定性差等问题,设计了一种基于仿形辊弹性形变、实现仿形功能的凿式播种开沟器。阐述了凿式播种开沟器仿形开沟工作原理,确定了凿式刃口曲线方程,构建了开沟器与土壤互作关系力学模型,阐明了仿形机构的弹性形变与仿形阻力及仿形量之间的关系。以凿式曲面刃口宽度、仿形辊直径、入土角、播深为试验因素,采用二次回归正交组合试验方法,利用高速数字化土槽平台,开展了各试验因素对播深稳定性影响试验。试验结果表明,刃口宽度12mm、仿形辊直径24mm、入土角22°时,播深稳定性较优。田间对比试验表明,在最优参数组合下,凿式开沟器的播深变异系数低于9%,地表平整度低于18.5mm,作业通过性好,其开沟性能优于翼铲式开沟器;田间播种试验表明,以4.8m工作幅宽、24行播种的油麦兼用型精量宽幅免耕播种机播种的油菜、小麦,单行苗数变异系数、各行苗数一致性变异系数均低于10%,小麦各行1m内平均苗数为35,春油菜各行1m内平均苗数为26,冬油菜各行1m内平均苗数为20,满足油菜、小麦精量播种及成苗率要求。     

大豆垄三栽培配套播种机种床整理装置设计与试验

针对大豆垄三栽培模式下播种机施肥开沟器土壤扰动影响种-肥、种-种的空间配置关系问题,设计了一种双锥环型种床整理装置。通过理论分析确定在典型东北黑壤土、含水率20%和仿形机构下拉弹簧刚度4.48 N/mm条件下,双锥环型种床整理装置关键结构参数取值范围;应用三因素三水平正交试验方法,以作业速度、收土整形环母线长度和仿形下拉弹簧预伸长量为试验因素,选择种床平整度、垄顶5 cm深度土壤坚实度变异系数、播种深度变异系数、种子横向偏移离散度和种肥间距合格率为评价指标,实施关键结构和运用参数组合优化试验及田间对比试验,结果表明：当作业速度小于等于14.4 km/h、弹簧预伸长量为90 mm、收土整形环母线长度为42 mm时,增设该种床整理装置的播种单体可以实现种床平整度达6.22 mm、垄顶5 cm深度土壤坚实度变异系数达17.39%、播种深度变异系数达13.74%、种子横向偏移离散度7.65%、种肥间距合格率达87.86%,较未设置种床整理装置播种单体的播种深度一致性和种肥间距合格率分别提高19.71%和24.26%,种子横向偏移离散度降低44.02%。研究结果为大豆垄三栽培配套高速精量播种机的...     

2BQ-27型三七精密播种机仿形开沟器的改进设计

针对2BQ-27型三七精密播种机存在仿形开沟器对槽内基质高低适应性不强及基质湿度变化较大时仿形能力差的问题,首先从物理结构上对仿形开沟装置进行改进设计:将仿形开沟装置进行分段处理,共分成7段,每段由4个仿形轮组成,仿形轮直径为150mm,宽度为20mm;在仿形开沟装置上加装弹性装置,仿形弹簧刚度系数k=0.31N/mm,最低伸长量为103.6mm。将改进设计后的装置进行田间试验,试验结果显示:在仿形弹簧预拉力5.04N、基质湿度在25%时,该仿形开沟装置性能最佳,能够满足三七精密播种的农艺要求。     

基于刮削与振动原理的减粘降阻镇压装置研究

针对镇压作业时,土壤粘附严重、牵引阻力大等问题,借鉴地面机械触土部件减粘降阻法,设计了一种机械式减粘降阻镇压装置。进行镇压装置运动过程分析、镇压轮表面脱土机理分析和刮削板脱土机理分析,为确定镇压装置减粘降阻的能力提供了理论依据,并在此基础上对镇压装置的关键机构进行了设计。为研究机械式减粘降阻镇压装置的工作性能,以弹簧刚度、前进速度和刮削角为试验因素,以牵引阻力、土壤粘附量为试验指标,在室内土槽中进行L9(34)正交试验。试验结果表明:各因素对指标影响的主次顺序为弹簧刚度、刮削角、前进速度;最优水平组合为弹簧刚度40 N/mm、刮削角30°、前进速度7 km/h。以最优水平组合进行验证试验,得到牵引阻力39.6 N,土壤粘附量43.24 g。与传统镇压装置的对比试验表明,机械式减粘降阻镇压装置使牵引阻力降低17.8%,土壤粘附量降低34.8%。     

齿带式油菜捡拾器仿形减振装置设计与试验

针对现有油菜捡拾器在复杂田块作业时作业稳定性低的问题，设计了一种用于铰接式齿带捡拾器的地面仿形减振装置。通过建立仿形减振系统动力学模型，确定了影响地面仿形稳定性的关键结构与作业参数。以仿形弹簧刚度、系统阻尼比和捡拾器前进速度为试验因素，以铰接点处的峰值角度均差和仿形稳定性变异系数为评价指标，进行了基于响应面法的三因素三水平Box-Benhnken组合试验，得到影响峰值角度均差的因素影响力由大到小依次为阻尼比、弹簧刚度、前进速度，影响仿形稳定性变异系数的因素影响力由大到小依次为前进速度、弹簧刚度、阻尼比。通过软件寻优得到角度均差和仿形稳定性变异系数最小条件下的最佳参数组合为：弹簧刚度9.7N/mm、阻尼比0.38、前进速度0.95m/s，对应的理论角度均差为2.3°、仿形稳定性变异系数为6.2%。田间对比试验表明，挂接仿形减振装置的捡拾器平均捡拾损失率4.53%，平均含杂率3.22%，分别比未挂接减振装置的同一捡拾器降低了30.73%和27.64%，作业效果提升明显。     

锥型被动旋转式浅松装置设计与试验

针对垄作免耕播种后,中耕时期对作物根系附近土壤的浅松作业,研究设计了一种锥型被动旋转锄齿式浅松装置,以达到浅松和除草目的。作业时,外嵌锄齿锥形滚筒贴合垄侧,利用锥形滚筒的结构特性,增强锄齿在土壤作业过程中的滑移作用,以减小土壤扰动及耕作阻力、降低动力消耗及增强作业效果。为此,对外嵌锄齿锥形滚筒进行结构和参数研究,采用正交试验,以前进速度、弹簧镇压力、锄齿环间距为因素,以土壤坚实度差、入土深度稳定性为指标,利用Design-expert软件平台进行试验数据处理与分析。结果表明:在土槽试验车前进速度为1.0m/s、弹簧压力920N、锄齿环间距42mm时,土壤坚实度差达到29.8N/cm2,入土深度稳定性93%,参数优化结果可满足中耕作物苗期浅松作业的性能要求。     

免耕播种机镇压力精准调控研究

针对目前玉米免耕播种机镇压效果差、镇压强度施加不精准的问题,设计一种免耕播种机镇压力精准调节装置。该装置主要由柔性传力装置、镇压强度调节机构和镇压轮组成。对柔性传力装置进行力学分析,确定柔性传力装置的力学性能;对镇压轮进行受力分析,确定镇压轮工作过程,寻求土壤含水率、橡胶扭转角度、作业速度与土壤紧实度、作业阻力的关系。利用有限元法结合workbench软件对柔性传力装置进行仿真分析,得到扭矩与扭转角度的关系。并进行田间性能试验,采用正交试验考察土壤含水率、橡胶扭转角度、作业速度对镇压装置作业性能的影响,得到各因素的主次顺序为橡胶扭转角度、土壤含水率、作业速度,最优组合为土壤含水率17.093%、作业速度5.655 km/h、橡胶扭转角度15°,此时土壤紧实度为56.8 kPa,作业阻力为109.6 N。试验表明免耕播种机镇压力精准调节装置能够满足农艺要求。     

肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验

基于臭蜣螂腹侧面的几何结构,设计了9种肋条型仿生镇压辊。肋条结构采用具有良好疏水性的超高分子量聚乙烯材料。采用L9(34)正交表,考察了土壤干基含水率为20%时,肋条结构底面宽度W、高宽比R、镇压辊载荷F和面积比K对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。结果表明:在试验条件下,与普通镇压辊相比,仿生镇压辊在保证适宜玉米生长容积密度前提下具有明显的减粘效果,减粘率最高可达41.08%;合理的肋条结构尺寸可使仿生镇压辊的减阻率达11.75%~39.40%。采用极差法对试验结果进行分析,得到了影响镇压辊粘附土壤量和牵引阻力因素的主次顺序及最优水平,并探讨了各因素对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。     

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。     

Effect of tillage and furrow irrigation timing on efficiency of preplant irrigation

Summary A field study to determine the efficiency of preplant irrigating with furrow irrigation and the effects of tillage and fall or spring application of preplant irrigation on this efficiency was conducted during 1983, 1984, and 1985 at the Texas Agricultural Experiment Station, North Plains Research Field at Etter, Texas on a Sherm, silty clay loam soil. Sorghum residue from the previous crop was shredded, gravimetric soil samples were taken, and five tillage treatments were imposed in the fall. The tillage treatments consisted of various combinations of disking, chiselling, moldboard plowing, and disk bedding. A preplant irrigation was applied in the fall to half of each tillage plot and in the spring to the other half of each plot. Soil samples were taken from each plot one month after the spring preplant irrigation. Sorghum (Sorghum bicolor L. cv. NC 178) was planted and irrigated similarly on all plots during the growing season. On the average, 237 mm of water were required to irrigate the tillage treatments during fall preplant irrigation and 466 mm were required during spring preplant irrigation. The additional water requirement in the spring was associated with increased water uptake by non-wheel-track furrows. Treatments with chiselling required larger water application during spring preplant irrigation. All treatments had similar soil water contents at planting time. Neither timing of preplant irrigation nor type of tillage had any effect on sorghum grain yield. Therefore, fall preplant irrigation was considerably more efficient than spring preplant irrigation. Averaged over the three years do study and five tillage treatments storage efficiency was 26% for fall application and 17% for springtime.Contribution of the Texas Agricultural Experiment Station, Paper No. 21724     

仿生镇压辊减粘降阻的有限元分析与试验验证

利用ABAQUS软件建立了传统镇压辊和仿生镇压辊与土壤相互作用的三维有限元模型。模拟结果中伪应变能约占内能的0.1%,传统镇压辊和仿生镇压辊的牵引阻力的模拟值和试验值相对误差分别为11.47%和2.38%,模拟值和试验值吻合较好,验证了模型的可靠性。从Mises应力云图、镇压辊与土壤接触面积和位移云图3方面对2种镇压辊的模拟结果进行了对比。结果表明:仿生镇压辊与土壤的接触应力显著大于传统镇压辊,更利于将土壤表层的土块压碎;仿生镇压辊与土壤的接触面积比传统镇压辊降低了79.05%,有利于降低土壤与仿生镇压辊表面的粘附力,且土槽试验结果得到仿生镇压辊的粘附土壤量比传统镇压辊降低52.78%;仿生镇压辊表面的肋条结构能在一定程度上约束土壤流动,避免了壅土现象的产生;2种镇压辊的下陷量相差很小,压实阻力基本相同,但仿生镇压辊更利于压实表层土壤;传统镇压辊造成土壤沿镇压辊宽度方向的位移扰动量大于仿生镇压辊,需要消耗更多的功。土槽试验结果表明:与传统镇压辊相比,仿生镇压辊的阻力降低了28.66%。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机改进设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机作业过程中存在起膜齿仿形效果差、易拥堵,以及卷膜辊集膜、卸膜性能不理想等问题,对该机具的仿形弹齿部分和卷膜装置部分进行了改进设计。整个仿形弹齿由多个单铰接起膜齿和凸轮轴组成,每个单铰接起膜齿在凸轮轴的作用下可以实现单独仿形,且能完成相邻两起膜齿在空间上的间歇运动,以解决起膜装置局部仿形能力差、壅土及相互搂膜干涉问题;卷膜装置由主、从动滚筒及变径卷膜辊组成,其中,改进设计的变径卷膜辊依靠手动拉杆和内置弹簧实现外轮廓直径可变,优化后的活动叶片通过内外齿的啮合使其在打开与闭合状态下都能保证其外轮廓为“封闭”的圆柱体,从动滚筒外围加装了人字形输送齿,使得卷膜装置整体在工作时运转更加平稳,变径卷膜辊与主、从动滚筒可以始终保持接触,避免了因摩擦力突变引起的变径卷膜辊在主、从动滚筒上方停滞不转动的现象。通过分析偏心拨齿滚筒的搂集、抛送和脱落过程,确定了偏心拨齿滚筒的最小转速为164.92r/min。结合正交试验,以地膜回收率、缠膜率和含土率为评价指标,应用综合评分法得出作业机工作时各显著性参数对其各指标的综合性能影响主次顺序为：机具前进速度、反向刮膜板转速、偏心拨齿滚筒转速、凸轮轴转速。田间试验表明,在机具作业3.km/h、输送辊转速140.4r/min、凸轮轴转速130.6r/min、偏心拨齿滚筒转速为183.6r/min、反向刮膜板轴转速为120.8r/min时,残膜回收率为90.26%,缠膜率为1.94%,含土率为25.41%,满足全膜双垄沟残膜回收技术要求,为残膜回收机具的设计提供了参考依据。     

对辊挤压式砂姜黑土整地机设计与试验

针对砂姜黑土区土壤易形成坚硬土块,传统翻耕、旋耕作业后地表大土块过多,严重影响小麦播种质量的问题,设计了一种对辊挤压式砂姜黑土整地机,可一次性完成土块捡拾、筛分输送、破碎还田和平地镇压等作业。对整机关键部件进行了设计与分析,确定了入土铲刀、筛分输送装置和破碎装置等部件结构与工作参数,同时分析了土壤在筛分输送装置上的受力和运动过程。采用高速摄影对砂姜黑土土块破碎机理进行研究,得到土块破碎过程中位移-载荷变化规律,结果表明土块最大破碎载荷不超过900 N;利用EDEM软件对3种辊齿的碎土能力进行仿真分析,确定破碎装置的结构和工作参数。田间试验采用3种作业方式：犁耕+旋耕+捡拾破碎(地块a);犁耕+捡拾破碎(地块b);犁耕+旋耕两次(地块c)。其中,地块a农田土块破碎率为89.5%,较地块c高44.4个百分点;地块b较地块c土块数量少55.3%。a、b、c 3个地块地表平整度标准差均值分别为6.92、11.58、17.23 mm,结果表明地块a作业后地表平整度最佳,地块b作业效果优于地块c,在一定条件下,对辊挤压式砂姜黑土整地机作业效果优于旋耕机。     

小麦宽苗带等深播种装置设计与试验研究

针对当前播种机仿形效果差、播种深度稳定性差影响播种质量等问题,采用机械执行部件优化与电气控制相互配合的方法,设计了小麦宽苗带等深播种装置。设计出等高位宽幅播种开沟器和刮土整备器,优化了开沟器与覆土器;通过PLC系统对地表的镇压轮垂直反力的监测,采用闭环控制实现播种深度的实时控制。并对装置进行试验,试验结果表明:理论播种深度为25、30、35mm时,实际播种深度均值为25.7、29.4、35.7mm,播深稳定性系数为92.6%、93.2%、90.8%,播种深度一致,满足了播深稳定性要求。