天然草地机械化改良技术研究进展

为了进一步了解国内外天然草地机械化改良技术,为今后的相关研究提供借鉴与参考,同时探索我国天然草地机械化改良技术的发展方向,对国内外近几年天然草地机械化改良技术进行了总结分析。分析认为,土壤与机具是改良退化天然草地的两大重要因素。国内外草地机械化改良技术主要包括机械化松土、施肥、补播等技术,改良机械有所不同;与国外草地机械化改良技术相比,我国草地机械化改良技术有一定限制,改良机具规格与作业范围有限,专用改良机具研究较少,退化草地土壤与作业机具作用关系的研究较少。我国天然草地机械化改良技术研究的方向是:以退化天然草地土壤为基础元素,进行退化草地土壤与改良机具作用关系研究;针对不同牧草品种与不同作业地形,研究有针对性的改良机具;进行天然草地打孔透气机械研究;探索性研究草地液态肥施肥机械。     

深松铲扰动下天然草地复合土层失效特性的试验研究

为研究深松铲类耕作部件作用下天然草地扰动失效过程,采用草地耕作试验台搭载不同类型和具有不同结构参数的深松铲,在不同作业深度下,进行草地扰动失效试验,对草地土层失效过程、扰动情况、翻垡率、扰动系数、蓬松度,以及耕作部件的作业阻力和沟形面积比阻进行对比分析。试验结果表明:利用深松铲可以打破天然草地形成的“地表干草+植物根茎+土壤”的“夹层式”复合土层结构,对草地土层造成扰动,但其作业效果受作业深度、结构参数以及“夹层式”复合土层结构的影响。深松铲作业后产生的地表翻垡率为5.67%~12.25%,扰动系数为63%~74%,蓬松度为38%~49%。综合所有的扰动失效特性参数,在所试验的深松铲耕作部件中,双翼倾角为150°的双翼形深松铲在草地深松作业时对草地地表扰动和土壤翻垡情况影响较小,对土壤的扰动系数较高,作业效果最佳。     

退化草地复合体力学特性与影响因素研究

为采用机械手段有效打破高坚实度退化草地板结性土层形成的土壤-根系复合体结构,对退化草地形成的复合体结构基本力学特性进行了研究。通过测定退化草地复合体的紧实程度、容重、含水率、孔隙度和含根量分布,对退化草地形成的复合体的物理性状进行了分析;通过对复合体原状试样进行剪切、无侧限压缩和回弹模量试验,对复合体的抗剪、无侧限抗压和回弹等基本力学特性进行了研究,并在此基础上通过正交试验探讨了容重、含水率和含根量对上述力学特性的影响。研究发现,退化草地形成的复合体具有加剧土壤紧实程度、聚集根系向浅层分布等特征;复合体的抗剪强度、无侧限抗压强度和回弹模量因根系的存在与无根系分布的土层相比有很大变化;复合体容重、含水率和含根量均对其力学特性产生了影响,且各因素的影响存在交互作用,根系的存在可增强复合体结构的抗剪强度和无侧限抗压强度,但对于回弹模量的影响却表现出一定的差异性。     

草地破土切根刀具的刃口曲线设计与优化

为降低退化草地切根改良机械的作业功耗,根据草地切根作业的要求,按照滑切角的变化规律,设计了基于对数螺线、阿基米德螺线、正弦指数曲线、偏心圆弧线的4类16种刀具刃口曲线。通过土槽试验,测得不同种类刃口曲线刀具与土壤作用的牵引力和扭矩,计算得到比功耗大小;拟合不同种类曲线的参数与比功耗的关系,以比功耗最小为目标,优化得到不同种类曲线的最优参数组合,再比较4类刃口曲线最优参数组合下的最小比功耗大小,得到最优的刀具刃口曲线。优化结果表明,初始静态滑切角为40°,静态滑切角的增量与极角的比例系数为-0.1时对应的正弦指数曲线切根比功耗最小,为3 345kJ/m3,是试验条件下的切根最优刃口曲线。     

草地切根施肥补播开沟装置的设计与试验

为克服草地土壤坚实度高、残茬根系量大带来的开沟问题,在草地切根改良的基础上实现施肥补播,采用破土刀齿破茬-种沟双圆盘开沟器开沟覆土-肥沟双圆盘开沟器压土成沟并覆盖种沟的工艺构建种床与肥床,设计分层交错式覆土开沟装置,建立种沟与肥沟双圆盘开沟器需满足的参数关系。基于土壤扰动造成土壤坚实度下降理论,通过对比试验,确定种沟开沟器距切根沟缝的距离对土壤坚实度的影响,得到将种沟开沟器布置在距离切根沟20mm处,可使开沟器入土处的土壤坚实度下降62%。将分层交错式覆土开沟装置应用于9QFB-2.4型破土切根施肥补播复式作业机,田间试验结果表明:该装置能够实现稳定开沟,形成深47.3mm、宽29.1mm的肥床与深44.7mm、宽19.5mm的种床,施肥和播种深度合格率分别达到80%和83%,且对土壤的扰动程度小于14%,有利于草场植被的保护。     

苜蓿生产全程机械化技术研究现状与发展分析

苜蓿是优质牧草之一,随着"粮-经-草"三元结构到"粮-经-畜-草"四元结构发展模式的扩大,国内对苜蓿的需求量日渐增大。为了向我国苜蓿产业发展提供参考和支持,提出了适宜我国国情的苜蓿生产全程机械化技术模式,对国内外苜蓿机械化生产技术现状进行了概述,并进行了总结和分析。我国苜蓿生产全程机械化技术模式包含苜蓿种子工程、土地整理、播种、田间管理、刈割收获、储藏运输和草产品加工7种机械化生产技术工艺,30多个具体的机械化生产环节。目前,我国已经初步形成了适合我国国情的苜蓿生产全程机械化技术体系,但与国外苜蓿机械化生产技术还存在一定差距,存在生产环节发展不均衡,机械化生产技术存在短板,产业化程度低,基础性研究落后,生产工艺与机械化生产技术联动性差,以及生产装备适用性与可靠性低等问题。构建完整的苜蓿生产全程机械化技术体系,发展具有中国特色的苜蓿机械化生产体系,加强土壤-苜蓿-机具相互作用关系理论技术体系研究,实现苜蓿生产机械集成化、智能化,将是我国苜蓿机械化生产技术体系的发展方向。     

土壤耕作部件极窄刀齿与土壤作用关系研究

随着保护性耕作技术和低扰动土壤处理技术的发展,新型土壤耕作部件越来越多地采用窄类或极窄类刀齿形式。通过理论分析和室内土槽试验,对矩形齿和三角形齿两种极窄刀齿贯入土壤造成的土壤失效机理、刀齿工作时的主要阻力来源、刀齿形状尺寸参数对贯入阻力的影响以及刀齿贯入阻力预测模型进行了研究。结果发现,极窄刀齿在贯入土壤过程中,土壤与刀齿相互作用产生应力场和速度场,土壤主要受到刀齿的挤压而失效;刀齿所受阻力可以通过相互作用过程中产生的力学分量进行预测,特别是该预测模型能够较好地反映刀齿在不同深度下所受阻力的变化趋势,研究还发现在土壤参数一定的情况下,极窄刀齿所受阻力与刀齿和土壤的接触面积直接相关,极窄刀齿的形状尺寸参数是其受力的重要影响因素。