农田排水暗管系统施工方法和装备研究现状与展望

农田排水具有防涝、控水和排盐等多重功能，其中暗管排水是当今最有效的大面积农田排水解决方案。暗管系统的施工从完全人工安装、人工结合机械安装，发展到全机械化安装，实现了基于激光/卫星定位系统的坡降和高程（埋深）控制，作业质量和效率显著提高。然而，暗管排水技术专业性强，施工装备复杂，系统实施难度大、一次性投资高。因此，在施工过程中必须结合生产实际选用最宜技术和装备，进一步完善施工规范，积极探索和开发新工法、新材料和新装备，提高施工装备作业能力、效率和质量，依靠技术创新不断降低工程造价和投资风险，提高技术可接受性。此外，还需加强技术培训与国际合作，广泛汲取国际先进经验和教训，将我国暗管排水技术应用提升到世界先进水平，大规模提升我国盐渍和涝渍化土地质量，逆转或恢复日益恶化的盐碱土地生态环境，确保农林产业可持续发展。      

无沟铺管机执行装置设计

针对应用于河套平原盐碱地生态治理工程的无沟排盐暗管铺设机的执行机构进行研究设计，结合实际作业过程中结构面临的问题，通过RecurDyn动力学分析以及ANSYS静力学分析，得到了执行机构的动力学特性、振动特性和静力学特性。通过设计结构强度与仿真分析强度的对比，验证了设计结构的合理性及可行性。通过模态分析，为后续装配样机部分结构在田间作业的振动冲击性能试验提供理论分析基础。此研究为提升整机的使用性能、降低整机试验成本提供了一定的参考与借鉴。      

V形犁式无沟铺管机牵引力需求

V形犁式无沟铺管机结构简单、施工效率高、成本低,是黄河冲积平原适宜的暗管施工装备,其牵引力需求与暗管埋深的关系是整机设计的理论基础。该研究基于V形犁式无沟铺管机结构与原理,通过分析犁具工作阻力与履带行驶阻力,构建牵引力需求力学模型。结合现场特定的土壤物理性质,采用有限元与光滑粒子流体动力学耦合法,完成显式动力学仿真,得出暗管埋深为0.4、0.6、0.8、1.2和1.6m时的犁体工作阻力分别为35.65、55.71、111.06、201.80和313.22 kN,回归结果验证了理论分析。结合机器传动系统特点,通过检测牵引功率和车速获取不同埋深作业时的牵引力大小,基于中心复合设计方法开展牵引力试验研究。试验结果表明,暗管埋深与其平方项对牵引力需求的影响显著(P0.001),作业速度及其与埋深交互项影响不显著(P0.05);犁体工作阻力的试验与仿真回归模型的最大相对误差不超过20%,表明仿真结果真实可信。研究方法与结论可为针对不同土壤条件、不同管径和不同埋深,研发V形犁式暗管铺设机器提供设计参考。     

开沟铺管机高程主控臂轻量化设计

高程主控臂是开沟铺管机执行机构中的关键部件，其结构强度决定整机运行可靠性，质量大小影响高程控制响应速度。结合实际作业工况，基于有限元方法，通过静力学分析、瞬态动力学分析得到高程主控臂力学特性。基于力学特性，通过定义设计变量、约束条件及优化目标，对高程主控臂结构进行尺寸优化。结果表明，优化前的结构稳定性偏于保守，远高于设计使用需求，优化后的结构虽然减小了板厚，但通过数据分析对比，结构抗失稳系数依旧保持在合理范围内，证明结构优化合理。研究方法与结果为开沟铺管机高程主控臂的结构设计提供了参考。