全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

西北旱区大豆玉米复合种植联合播种机的设计与试验

针对西北旱区大豆玉米复合种植机具短缺、机械化程度低等问题,设计西北旱区大豆玉米复合种植联合播种机。该机由旋耕装置、起垄装置、覆土装置、施肥装置、播种装置及机架等组成,能够实现旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土、镇压及播种等多个作业过程。对播种机关键部件进行设计与分析,利用离散元模型对覆土过程进行模拟仿真,分析覆土过程中膜边膜上覆土均匀性;采用DEM-MBD对大豆玉米播种装置耦合仿真,分析大豆玉米播种装置播种均匀性。仿真结果表明：1）土壤因跳跃和泼撒而落到垄面的颗粒数≤1.3%;2）播种装置对大豆和玉米种子挤压力≤10 N,土壤颗粒对鸭嘴的阻力≤50 N。田间试验结果表明：玉米播种装置播种合格率、漏播率和重播率分别为95.63%、1.65%和2.72%,大豆播种装置播种合格率、漏播率和重播率分别为91.24%、0%和8.76%,机组作业期间运行稳定,具有良好的作业效果,满足大豆玉米带状复合种植需求。     

全膜双垄沟起垄覆膜机横向土带堆放机构的设计与试验

为增强全膜双垄沟起垄覆膜机的覆膜、覆土质量,聚集降水,减少水土流失和地表径流,提出偏置轴承式、凸轮顶杆式、地轮拨齿式3种横向土带堆放机构,运用SolidWorks Motion对3种机构进行运动仿真与机构分析,优选出工作时间短、急回特性明显的横向土带堆放机构,并进行田间验证试验。仿真结果表明:在相同仿真参数情况下,地轮拨齿式横向土带堆放机构完成1次抖土压膜工作所需时间仅为0.29 s,抖土板位移为530.45 mm,倾角和张角分别为29.00°、21.39°,最大电动机消耗功率最小。田间验证试验表明:作业后横向土带宽度合格率为96.5%,间距合格率为95.3%,厚度合格率为95.5%。相比较偏置轴承式和凸轮顶杆式,地轮拨齿式机构放土质量均匀,急回效果好,不易粘土,能耗最少,覆土覆膜效果较好,符合全膜双垄沟作业要求,适宜于全膜双垄沟覆膜种床横向土带堆放。     

旱地小麦全膜覆土穴播联合机覆土作业性能试验

为进一步提高旱地小麦全膜覆土穴播联合机覆土作业性能,以作业机前进速度、刮板式土壤升运器线速度和刮板式土壤升运器倾角为自变量,平均覆土合格率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,建立各试验因素与平均覆土合格率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明:三个因素对平均覆土合格率影响的主次顺序为作业机前进速度、刮板式土壤升运器倾角和刮板式土壤升运器线速度,联合机最佳工作参数为:作业机前进速度0.55 m·s~(-1)、刮板式土壤升运器线速度1.00 m·s~(-1)、刮板式土壤升运器倾角40°。验证试验结果表明,联合机平均覆土合格率为98.6%,较优化前的覆土作业性能有明显提升。     

横腰带覆土式全膜双垄沟覆膜联合作业机设计与试验

为实现全膜双垄沟覆膜种床机械化构建,针对地膜全域覆盖膜上横腰带式覆土等要求,设计了横腰带覆土式全膜双垄沟覆膜联合作业机,可实现起垄、施肥、覆膜、覆土及横腰带铺设与渗水孔打孔的一体化作业。对样机关键部件进行设计,确定其旋耕刀组功耗和提土装置、镇压打孔装置的工作参数,同时解析了输土-种床覆土装置、横腰带覆土系统的作业过程,得到满足覆膜种床各部位覆土的必要条件。田间试验表明,当作业速度为0. 50 m/s时,采光面地膜机械破损程度为38. 6 mm/m~2、种床起垄高度合格率为89. 8%、种床垄沟中心距合格率为90. 7%、种床膜边覆土宽度合格率为95. 8%、横腰带覆土宽度合格率为95. 6%、种床覆土厚度合格率为95. 2%、横腰带覆土间距合格率为93. 5%、渗水孔间距合格率为97. 1%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求。     

西北雨养区全膜双垄沟播技术与配套机具研究进展分析

全膜双垄沟播技术抗旱增产,在我国西北旱区大面积推广应用,实现与提升其全程机械化作业水平主要包括对覆膜种床构建、膜上播种、残膜回收及种植作物收获技术与配套机具的研究。在分析西北旱区全膜双垄沟播技术应用概况、技术模式和实施效应的基础上,重点阐述了全膜双垄沟相关机械化起垄覆膜、膜上精量播种、种植作物收获及残膜回收关键技术特点及典型机具。结合实际生产应用中出现的问题与需求,在分析归纳现阶段全膜双垄沟播技术农艺、农机存在问题的基础上,从加强全膜双垄沟播技术农机农艺融合、持续开展基础研究与配套机具性能优化、创建全膜双垄沟全程机械化技术体系等方面展望了未来研究方向。提出研发经济高效全膜双垄沟全程机械化作业装备和农机农艺深度融合是创建全膜双垄沟全程机械化技术体系的关键,也是进一步形成科学合理的全膜双垄沟播技术,实现全膜双垄沟生产系统高效、节本增效的发展方向。     

全膜双垄沟播玉米穗茎兼收对行联合收获机的研制

为适应中国西北旱区玉米全膜双垄沟播种植模式,解决传统玉米收获机械收割过程不对行、玉米籽粒损失率高的问题,设计了一种自走式穗茎兼收型旱区玉米全膜双垄沟联合收获机。该机采用对行式收割割台、立式摘穗辊装置、割台下方中间位置输送玉米果穗、立式摘辊后方设置茎秆切碎装置、机身侧面输送经切碎后的玉米茎秆,实现了旱区玉米全膜双垄沟播种植的对行收割以及穗茎兼收,降低了籽粒损失。田间试验表明,在机具作业速度为3~4.5 km/h、立式摘穗辊转速为1 100 r/min、茎秆切碎装置转速为1 584 r/min时,籽粒损失率为1.8%,果穗损失率2.4%,籽粒破碎率0.77%,茎秆切碎合格率92.6%,苞叶剥净率95.1%,能够满足玉米联合收获技术要求。     

双垄种床耕作施肥作业过程仿真分析与试验

为深入研究双垄种床耕作施肥作业过程中不同结构装置对作业性能和种床构建质量的影响,采用离散元方法分别对起垄开沟与施肥作业过程进行了单因素数值模拟。以两种类型起土铲、施肥铲的作业成型效果与挖掘阻力变化特性以及两种类型排肥器的排肥均匀度变异系数值与稳定性分别进行对比试验,经优化得出以双翼开沟铲、普通施肥铲以及直槽轮式排肥器进行组合并进行数值模拟,以种床耕作合格率、施肥合格率为指标评价该装置对种床构建性能的作用,结果表明：在联合机前进速度0.50 m·s^-1、旋耕刀组转速200 r·min^-1、排肥器转速40 r·min^-1的参数条件下,其种床耕作合格率为95.40%,施肥合格率为93.40%。田间验证试验表明：施肥合格率均值为90.30%,与仿真结果相差3.10%,种床耕作合格率均值为93.60%,与仿真结果相差1.80%。可见实际作业工况与仿真模拟结果相差不大,验证了仿真模拟研究模型的准确性。     

全膜双垄沟覆膜土壤离散元接触参数仿真标定

为进一步提升基于离散元法对全膜双垄沟机械化覆土作业过程研究的准确性,结合EDEM软件进行覆膜土壤摩擦角(土壤休止角及其与钢滑动摩擦角)离散元仿真试验。通过三因素三水平正交组合试验,得出各接触参数对土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的影响显著性顺序。分别建立了各关键接触参数与土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角的二次多项式回归模型,以自制试验装置测定结果作为优化的目标值,获得全膜双垄沟覆膜土壤离散元最优接触参数组合为:土壤与土壤静摩擦因数0. 68、土壤与土壤滚动摩擦因数0. 27、土壤与土壤恢复系数0. 21、土壤与钢静摩擦因数0. 31、土壤与钢滚动摩擦因数0. 13和土壤与钢恢复系数0. 54。为验证所标定全膜双垄沟覆膜土壤接触参数的可靠性,对模拟仿真与实际试验的土壤休止角、土壤与钢滑动摩擦角进行了对比分析,两者相对误差分别为2. 6%和3. 1%;同时应用离散元法进行全膜双垄沟覆土装置在覆膜土壤颗粒最优标定参数组合设置下的种床覆土过程仿真模拟,通过与实际作业效果对比,仿真结果与田间试验工况基本一致,验证了仿真试验与建立回归模型的有效性。     

双垄耕作施肥喷药覆膜机工作参数优化

为进一步改进双垄耕作施肥喷药覆膜机工作性能,以作业机前进速度、土壤升运器速度、覆土侧流槽角和覆土直流槽角为自变量,采光面地膜机械破损率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,建立了各因素与采光面地膜机械破损率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明:4个因素对采光面地膜机械破损率影响的主次顺序为:土壤升运器速度、作业机前进速度、覆土侧流槽角和覆土直流槽角;作业机最佳工作参数为:土壤升运器速度0.67 m/s、作业机前进速度0.70 m/s、覆土侧流槽角75°和覆土直流槽角48°。验证试验表明,采光面地膜机械破损率均值为0.216%,较优化前有显著下降。