玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:螺旋开沟器的最佳工作参数组合为:前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明:秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。     

秸秆粉碎覆盖玉米免耕施肥播种机设计

设计了2BMQ-180/3型秸秆粉碎覆盖玉米免耕施肥播种机,提出了在破茬开沟器前安装驱动立轴旋转式秸秆粉碎装置,将秸秆和杂草粉碎并抛撒在地表的防堵措施,并进行了田间播种性能试验.试验结果表明,该机通过性良好;种、肥覆土深度变异系数分别为23.7％、20.8％,粉碎秸秆长度小于10 cm的达到90％以上,出苗率超过90％,提高了播种质量;实现了秸秆粉碎还田和免耕播种的联合作业方式,较好地满足了我国北方一年两熟区保护性耕作技术发展的需求.     

秸秆捡拾粉碎掩埋复式还田机设计与试验

针对黄淮海地区存在玉米秸秆量大、后续播种难度大等问题,设计了一种秸秆捡拾粉碎掩埋复式还田机,能一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送和开沟掩埋等作业。应用典型弹齿滚筒式捡拾装置工作原理,通过弹齿捡拾秸秆过程的分析,确定了弹齿滚筒式捡拾装置的导轨中心线轨迹和捡拾相位,并对弹齿进行了基于实际作业情况的运动学分析,其运动轨迹与速度变化规律能够满足捡拾秸秆的需求。采用动定刀支撑切割方式粉碎秸秆,并利用粉碎腔体内的高速气流和置于腔体后侧的挡草板,实现秸秆掩埋还田比例调节和部分秸秆抛撒还田。开沟装置、秸秆输送导向装置出草口和圆盘覆土装置从前向后依次布置,顺序完成开沟、秸秆入沟和覆土掩埋工序。田间试验表明,当作业速度为3 km/h时,秸秆捡拾率为93.5%,粉碎长度合格率为92.6%,开沟深度稳定性系数为95.0%,秸秆入沟率与预先设定的掩埋比例基本一致,各项技术指标满足技术要求。     

秸秆粉碎集中全量深埋还田机设计与试验

针对我国玉米秸秆量大,生产应用的还田机具还田深度浅,存在影响后续播种、出苗质量、病虫害发生率高和深层土壤“碳饥饿”等问题,设计了一种秸秆粉碎集中全量深埋还田机,可一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送、深松开沟、集中遁注掩埋和碎土镇压等作业,在有效减少土壤扰动下能够将多行站立或粉碎后秸秆集中埋入地表下一条深380～400mm的沟内。阐述了秸秆粉碎集中全量深埋还田机整机结构及工作原理,对秸秆螺旋输送装置、抛压风机、深松开沟遁注装置和传动系统等关键部件进行了设计与计算,初步确定了螺旋输送装置与抛压风机转速、风机出料口尺寸和遁注体截面形状参数,并对抛压风机与遁注体腔体内部进行了流场模拟分析与验证。按照设计要求对秸秆粉碎集中全量深埋还田机进行了试制,并进行了机具性能与大田定位试验,结果表明：在作业速度3km/h时,秸秆捡拾率为90.8%,开沟深度与秸秆掩埋深度均值分别为394mm与200mm,开沟深度与秸秆掩埋深度稳定性系数分别为97.4%和92.5%,各项指标与设计值相符,且满足农艺要求。同时大田定位试验结果表明,秸秆集中深还田与传统还田相比,0～200cm土壤贮水量提高29mm,20～40cm土层有机碳、全氮和速效磷养分含量分别增加7.14g/kg、0.59g/kg、1.53mg/kg,有效增加了土壤养分含量,提高了深层土壤肥力与贮水能力。     

内置式玉米秸秆收集打捆装置设计与试验

针对我国玉米收获作业存在的秸秆回收利用率低、果穗收获与秸秆收获不能同时进行等问题,设计了一种内置式秸秆收集打捆装置,将该装置内置到自走式玉米收获机上,使玉米收获机在实现果穗收获的同时实现玉米秸秆捡拾、粉碎和打捆的功能,减少了收获机械进地次数,降低了成本。为此,通过对秸秆收集打捆装置整体机构及关键部件的理论和仿真分析,确定了主要结构参数。以碎刀辊转速、螺旋输送器转速、打捆机输入转速为试验因素,打捆密度为试验指标对秸秆收集打捆装置进行正交试验,因素取值范围为:粉碎刀辊转速1300～1700r/min、螺旋输送器转速120～180r/min、打捆装置输入转速700～800r/min。试验结果表明:各因素对草捆密度均有显著影响,影响主次顺序为粉碎刀辊转速打捆装置输入转速螺旋输送器转速;当粉碎刀辊转速为1700r/min、螺旋输送器转速为150r/min、打捆装置输入转速为800r/min时,打捆密度最高为180kg/m~3。该装置结构设计合理,为中国北方一年两熟地区夏玉米秸秆收获提供了技术支持。     

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。     

1LQ-40型开沟扶垄犁性能试验研究

秸秆整秆还田覆膜技术是实施土壤保护性耕作的重要措施之一,对解决北方旱区蓄水保墒,促进历史增产增收具有重要意义.1LQ-40型开沟扶垄犁是专为实施秸秆整秆还田覆膜技术所研制的机具.为此,通过对1LQ-40型开沟扶垄犁田间开沟作业的正交试验,研究该机具的作业性能和工作质量.结果表明:开沟深度、机器前进速度和开沟角度对开沟阻力有显著影响,为开沟机具的研究提供一定的依据.     

2BQX—6型玉米免耕精密播种机研制

针对东北农作物秸秆还田模式的技术需求,以节能减排、结构简单为理念,设计了2BQX-6型玉米免耕精密播种机.该机采用气吸式精密排种器实现玉米单粒排种;大直面圆盘施肥开沟器深施化肥、波纹圆盘与双圆盘组合播种开沟器播种,完成了种肥分施作业.试验结果表明:播种粒距合格率90.97％,播种深度、施肥深度合格率均为100％.该机作业性能与国外同类产品相当,价格比其降低60％～70％.     

秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验

为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力,可切割土壤完成开沟作业。利用Matlab对螳螂前端足进行二值化、膨胀、边缘坐标处理得到仿生开沟刀,使用离散元软件EDEM对设计出的仿生开沟刀和普通开沟刀进行仿真对比,并对仿真结果进行土槽试验验证。试验分析结果表明,相比于普通开沟刀,仿真开沟刀在开沟过程中可减少9.48%的阻力。利用Design-Expert 8.0软件的二次正交旋转组合试验设计结合响应面法,分别建立秸秆深埋率和工作效率与机具前进速度、秸秆深埋深度和秸秆覆盖量的回归数学模型。通过分析表明,各因素对秸秆深埋率的影响由大到小依次为：秸秆覆盖量、秸秆深埋深度、机具前进速度;各因素对工作效率的影响由大到小依次为：机具前进速度、秸秆深埋深度、秸秆覆盖量;交互作用中,秸秆深埋深度和秸秆覆盖量、机具前进速度与秸秆覆盖量对工作效率影响显著。经过优化求解,在深埋率权重为0.7、工作效率权重为0.3的情况下得到开沟装置最佳工作参数,在机具前进速度为1.63m/s、秸秆深埋深度为27.97cm、秸秆覆盖量为340.54kg/hm2时,秸秆深埋率为90.491%,工作效率为5.4hm2/h。     

玉米免耕播种机秸秆预处理装备研究

由于东北地区在秋季收获后至次年春季播种期间气温较低,导致地表的大部分玉米秸秆无法腐烂,如果处理不当,会影响后期的播种和中耕除草作业。针对上述问题,通过分析国内外免耕播种机防堵机构的优缺点,设计一款新型垄作地表秸秆保护性耕作处理机,该机利用横向推移机构将垄台秸秆推至垄沟位置,利用破茬杆对种带根茬进行挖掘破碎,之后对垄沟秸秆喷洒腐熟剂并利用搅拌刀轴充分搅拌和镇压;选取关键因素进行田间试验,对试验数据进行分析可得:破茬杆间距为26 mm、破茬杆螺距为105 mm、驱动轴转速为500 r/min时秸秆覆盖率3.45%、根茬粉碎率88.91%,此时达到最优;该装备的成功应用,为保护性耕作技术在东北垄作地区的大面积推广提供技术支持。     

免耕播种机防堵装置的设计

针对在留有秸秆和根茬的地上进行免耕播种时,播种作业过程中开沟器容易遇到缠草堵塞问题,设计了一种新型防堵装置。该装置能同时起到切断秸秆和拨开秸秆的作用,从而有效清理播种施肥开沟器前的秸秆,试验表明该装置防堵效果好,动力要求低。本文确定了防堵装置的主要工作部件——缺口圆盘刀的主要参数。所设计结构的优点为不需要大量粉碎根茬,因而动土量少,整机功率消耗小,有利于充分发挥保护性耕作的优势。     

立式螺旋开沟器土槽试验装置

为了研究立式螺旋开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合工况下进行作业的功率消耗情况,设计了一套试验装置.该装置以上位机和数据采集卡为控制系统核心,利用LabVIEW编写的测控软件实现了开沟器转速、转矩等参数的采集、显示以及土壤切削功耗的处理和分析,以获得不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下土壤功耗的变化情况.利用该试验装置在转速为250 r/min,开沟角度为0°,开沟深度为250 mm的情况下,进行了前进速度分别为3,4,5 m/min的单因素土壤切削试验,并将试验参数代入切削功耗的理论计算公式中,从而对试验结果加以计算验证.单因素试验结果表明：该装置能模拟开沟器在不同前进速度、转速、开沟深度以及开沟角度组合作用下的土壤切削全过程,并且以前进速度为单因素变量的试验测得的土壤切削功耗与理论计算的最大误差为11.05%.     

免耕播种机关键部件使用调整与维护保养

免耕播种机是实现保护性耕作的机械设备。免耕播种机能一次完成秸秆粉碎、开沟施肥、播种、覆土镇压等多道工序。完成多道工序的关键部件有播种开沟器、排种器、小破茬圆盘刀、浅松施肥铲、大破茬圆盘刀、镇压装置等。机车用户只有掌握了免耕播种机关键部件的使用调整与维护保养才能把保护性耕作技术日臻完善。对免耕施肥播种机的关键部件使用调整、维护保养进行详细论述,具有一定的技术性、实用性和指导性。     

2BMF-9型谷物免耕施肥播种机的研制

2BMF-9型谷物免耕施肥播种机是一种新型的保护性耕作机械,一次作业可同时完成破茬、开沟、施肥、覆土、播种、镇压等多道工序,与目前已有的谷物免耕播种机比较,开沟器采用前后交错双列配置,箭铲式开沟器铲胸与地面形成70°夹角,提高了通过性;采用弹性浮动地轮仿形机构,提高了播种施肥的可靠性;采用鸭掌式覆土器,保证了种肥间隔。经试验推广证明,机具设计合理,解决了一年两熟秸秆全程覆盖地区小麦免耕播种难的问题。     

一种小型免耕播种机关键零部件的设计

针对我国干旱和半干旱地区保护性耕作配套播种机具存在的通过性差、开沟器破茬能力弱、对地表破坏大、产品品种单一、播种质量差等问题,通过理论和试验相结合的研究方法,设计了一种为7.4~14.7kW小型拖拉机配套使用的免耕播种机,采用具有较强的破茬碎土能力并容易实现种肥分施的组合铲式开沟器,选用成本低、调节方便、使用可靠的外槽轮式排种器,该机能一次完成破茬、开沟施肥、播种和覆土镇压等项作业,有良好的耕深稳定性,较好地满足了干旱和半干旱地区保护性耕作技术发展的需求。本文重点分析和确定了开沟器、排种器和排肥器等关键部件的结构参数。     

固定道免耕播种机研制与试验

2BFML-5型免耕播种机的研制，解决了固定道保护性耕作免耕播种难题。该机在秸秆覆盖达到30％以上的地表上能够正常作业，通过性能良好。该机采用三点悬挂连接，双梁前端装配三个尖嘴开沟播种器，后端装配两个尖嘴开沟播种器；整机前置减速器、曲柄连杆机构驱动切草装置，使开沟器不再壅堵。中置种肥箱、排种器；后置单体仿形输种机构，扶垄器。它能够在地面较复杂的情况下正常作业，保证播种深度稳定性和可调性。     

一年两熟区玉米覆盖地小麦免耕播种机设计与试验

针对中国华北平原小麦-玉米一年两熟地区,玉米收获后秸秆覆盖量大,免耕播种冬小麦易产生堵塞等问题,设计了2BMDF-12型小麦免耕播种机,提出了动力驱动粉碎刀轴与双圆盘播种镇压单体联合防堵机构,并进行了田间播种性能试验。试验结果表明,破茬尖角开沟器前的动力驱动粉碎刀轴解决了铲柄堵塞问题,紧随其后的双圆盘播种单体解决了相邻两组播种机构的壅堵问题,通过性良好,播种深度变异系数分别为19.8%、21.3%,提高了播种质量;一次作业可同时完成秸秆粉碎、开沟、施肥、播种、镇压等多道工序,作业费用降低了50%左右;作业时刀轴上甩刀不入土,动土量为20%,土壤扰动小。     

异速圆盘动态支撑式玉米秸秆粉碎装置设计与试验

针对玉米秸秆粉碎过程中秸秆力学和能耗变化规律不明确,限制秸秆粉碎还田质量提升,不利于秸秆还田技术在东北黑土区推广应用的问题,本文基于异速圆盘动态支撑式玉米秸秆粉碎装置和秸秆受力状态,将玉米秸秆粉碎全过程分为秸秆捡拾阶段、秸秆升举输送阶段和入侵粉碎阶段,建立秸秆各阶段受力数学模型,确定其关键影响参数及范围。以捡拾粉碎刀转速、对数螺线支撑圆盘刀滑切角和捡拾粉碎刀与对数螺线支撑圆盘刀间的传动比为试验因素,选取秸秆最大破碎力、滑切切割功耗和滑切冲量为试验指标,应用有限元分析方法研究试验因素对试验指标的影响规律。结果表明,捡拾粉碎刀转速为1950 r/min、对数螺线支撑圆盘刀滑切角为40°和捡拾粉碎刀与对数螺线支撑圆盘刀间的传动比为0.5时,秸秆最大破碎力、滑切切割功耗和滑切冲量分别为101.71 N、1049.42W和0.032N·s。田间验证试验结果表明,滑切切割功耗为1150.43W,与模型预测值误差为9.63%,秸秆粉碎长度合格率为93.34%,满足行业标准要求。     

水稻秸秆激荡滑切与撕裂两级切割粉碎装置设计与试验

针对东北稻区秸秆还田作业中存在的粉碎效果差、秸秆腐解速率慢的问题,提出了适合该区域秸秆翻埋还田秸秆粉碎状态,为5~10cm撕裂状态。结合预达到粉碎后秸秆形态及现有机具使用情况,设计了具有激荡滑切和撕裂两个阶段并与联合收获机装配的秸秆粉碎装置,通过理论分析对粉碎过程关键参数进行了设计。单因素试验表明：秸秆含水率从69.77%减少到29.34%时,秸秆因受干物质含量和弯曲强度改变影响,秸秆粉碎长度合格率和破碎率分别下降6.44、9.55个百分点,抛撒幅宽有先增加后减少趋势;秸秆粉碎长度合格率和破碎率随收获速度增加有较大幅度降低,抛撒幅宽减少0.22m;粉碎刀轴转速从2100r/min提高至2850r/min时,秸秆粉碎长度合格率和破碎率都有显著提高,抛撒幅宽也有较大幅度增加;两级定刀直线间隔变大,秸秆粉碎长度合格率和破碎率有小幅度增加,抛撒幅宽减小0.11m。正交试验表明：秸秆粉碎长度合格率和破碎率受收获速度和粉碎刀轴转速影响规律基本一致,收获速度和粉碎刀轴转速对秸秆粉碎长度合格率和破碎率影响更显著（P<0.05）;粉碎刀轴转速和两级定刀直线间隔对抛撒幅宽影响较显著（P<0.05）。设计的装置对东北稻区秸秆还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。     

免耕播种机开沟器的适应性分析

目前,国内外免耕播种机开沟器种类较多,但性能与实际生产要求存在着相当大的差距,表现出适应作物单一、通过性能差、破茬能力弱、对地表破坏率较大、调节困难、使用可靠性及适应性较差等问题。为推广保护性耕作,实施有效免耕播种,以研究开沟器适应性为主题,在不同地表田间对北方地区使用的免耕播种机开沟器进行了试验、测试、分析、研究,对其适应性进行了探讨,认为在实施免耕播种作业时,开沟器必须有较强的破茬和清草能力,需配备切草与清草装置。单纯依靠增加机具的重量来加强开沟器的入土能力,其适应性较差。通过实验可知,采用动力型平面条旋开沟器性能可靠,实现了在土壤硬度较高、含水率较低、土壤板结严重、秸秆覆盖条件下进行免耕开沟作业,其适应性可靠,可以满足免耕播种农艺要求。