麦茬地免耕播种机清秸覆秸装置设计与试验

摘要：针对黄淮海一年两熟地区麦茬地免耕播种存在秸秆堵塞单体,缺少适宜的防堵装置等问题,研制了一种用于麦茬地免耕播种机的清秸覆秸装置,该装置采用弹齿作为清秸部件,并融合了秸秆横向位移的思想和主动式防堵的特点。为确定清秸覆秸装置的合理结构,采用L9(34)正交试验方法,对该装置的参数进行了优化试验。结果表明：弹齿线速度20.72 m/s、作业速度4.5 km/h、弹齿齿数7排、挡板角度75°时,清秸率达98%以上、覆秸均匀度达7.48、覆秸宽度达2.89 m。按照国家标准GB/T6973-2005《单粒（精密）播种机试验方法（Testing Methods of Single Seed Drills）》对免耕播种机进行了田间播种性能试验。结果表明,在理论株距分别为6和8 cm,理论播深为3～5 cm条件下,免耕播种机的粒距合格指数、重播指数、漏播指数及株距变异系数均达到了国家部颁标准优等品要求水平,播深合格率达到一等品的要求水平。该研究对解决麦茬地免耕机械化播种问题具有参考意义。     

2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机田间试验研究

对2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机在洞庭湖区的安乡县、沅江市、鼎城区、澧县等进行了田间播种试验。试验结果表明,采用2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机的适宜土壤含水率为20%～40%,能够保证单位面积的基本苗数。与人工直播相比,节省成本32.0%,同育苗移栽相比,节省成本60.3%。试验结果显示采用2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机在洞庭湖区的机播油菜试验是成功的。机具性能可靠,具有较高的经济价值和社会效益,通过生产实践,总结了机械技术与农艺科学结合的经验,为大面积推广油菜机械化播种提供了可靠的依据。     

地轮前置式中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台研制

针对中型免耕覆秸垄作玉米播种机运输和作业转场困难的问题,该研究通过理论分析与虚拟仿真技术相结合,提出中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台装载方案,确定了地轮参数、液压系统和传动系统的布置形式,实现整机作业状态和运输状态的转换,并通过仿真测试液压系统动作顺序,简化液压系统控制流程,保证整机同步升降。仿真分析结果表明,运输时制动状态下的机架强度满足要求,地轮机构具备良好的强度和刚度特性,且存在优化空间。经过轻量化设计后,与优化前相比,辅助型地轮机构质量减少26.72%,兼用型地轮机构质量减少10.96%。样机试验表明,地轮平台可同步抬升整机,并通过拖拉机侧向牵引进入运输状态,作业状态转换用时5 min。该研究将高机动性平台技术应用于中型免耕覆秸垄作玉米播种机上,解决了播种机作业转场困难的问题,也可为宽幅农机装备的转运平台设计提供参考。     

玉米收获机断秸导流装置设计与试验

针对玉米收获机秸秆还田装置秸秆粉碎合格率低以及春季免耕播种时垄台秸秆壅堵等问题,该研究设计了一种能够使切断的秸秆顺利导入垄沟的断秸导流装置。作业时定刀与高速旋转的动刀对玉米秸秆进行横-纵向滑切,玉米断秸沿导流板导流至垄沟,提高秸秆粉碎合格率的同时减少垄台秸秆壅堵。建立玉米秸秆切割力学模型以及玉米断秸导流运动学模型,结合运动学及动力学分析,明确了影响断秸导流装置的主要因素为动-定刀间距、导流板偏角及导流板倾角。以秸秆粉碎合格率和秸秆导流率为试验指标进行装置结构参数优化试验,试验结果显示,断秸导流装置各参数最优组合为动-定刀间距48 mm、导流板偏角52°、导流板倾角45°。将最优参数组合下的断秸导流装置与甩刀式及锤爪式还田装置,在不同工况下进行对比试验,试验表明：断秸导流装置的平均秸秆粉碎合格率为94.40%,比甩刀式和锤爪式平均秸秆粉碎合格率提高3.53%、2.15%,秸秆粉碎性能优于其他还田装置;最优参数组合下的断秸导流装置平均秸秆导流率为93.8%,导流效果明显。该装置可以有效提高秸秆粉碎合格率,减少免耕播种时秸秆壅堵,研究结果为玉米收获机新型秸秆还田装置的设计提供参考。     

圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验

为了缓解中国甜菜收获装备短缺的现状,设计了一种适合国内甜菜种植模式和农艺要求的圆盘挖掘式甜菜联合收获机,并阐述了该机的总体配置及主要部件的结构。该机主要由传动系统、对行装置、挖掘装置、输送分离装置、升运装置等组成。其中,液压控制系统提高了机械的操控性及自动化程度;对行装置减少了甜菜的漏挖,实现了自动对行收获;圆盘式挖掘部件参数的优化设计有效减少了工作阻力,输送分离装置和升运装置中的杆式输送链减少了甜菜的输送损失和含杂。田间试验表明,收获机甜菜收获损失率不大于3.42%,粘土率不大于1.18%,损伤率不大于1.82%,折断率不大于1.6%,含杂率不大于4.86%,符合甜菜收获要求。该研究可为甜菜收获机械设计提供参考。     

4UFD-1400型马铃薯联合收获机的研制

针对目前国内条铺式马铃薯挖掘机存在的人工拣拾薯块费工费时、效率低等突出问题,研制了一种44～58.8kW拖拉机半悬挂式中型马铃薯联合收获机。该机主要由仿形碎土装置、挖掘装置、土薯分离输送装置、薯秧分离装置、薯块输送、分级、装袋装置、传动系统、液压操纵装置以及机架、地轮等部分组成,幅宽1400mm,纯工作时间生产率0.3～0.5hm2/h,可一次完成马铃薯挖掘、土薯分离、茎秆、杂草及地膜分离、薯块输送、分级、装袋等作业,收获过程耗用人工少,显著提高了生产效率。田间收获试验表明:该机对旱地尤其是全覆膜旱地马铃薯的收获质量好,土薯分离、茎秆及地膜分离良好,损失率、伤薯率、含杂率分别小于1.38%、4.2%和3.42%。适用于土质松软、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯的联合收获。     

油菜联合收获机旋风分离清选系统设计与试验

针对传统油菜联合收获机多采用风筛式清选装置,其整机结构复杂、尺寸庞大,研制了一种适于油菜联合收获的旋风分离清选系统,分析确定了旋风分离筒、输送带式强制喂料装置的结构及其相关参数,采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了旋风分离筒吸杂口风速、风量以及强制输送带线速度对油菜籽粒清洁率和损失率的影响,构建了籽粒清洁率、损失率与吸杂口风速、强制输送带线速度之间的回归方程,优化得出了最佳运行参数组合。试验结果表明:吸杂口风速为12~16 m/s,风量为0.375~0.501 m3/s,强制输送带线速度为1.570~1.884 m/s时,清选性能较好。选择吸杂口风速15.3 m/s、风量0.479 m3/s、强制输送带线速度1.570 m/s优化组合时,分析计算得出籽粒清洁率为96.98%。田间试验表明:采用取消链耙输送设计的油菜联合收获机能够保证物料喂入顺畅,旋风分离清选系统清洁率为90.21%,损失率为6.54%。该研究结果为旋风分离清选系统的结构优化和油菜联合收获机整机结构的改进提供了参考。     

2BYD-6型油菜浅耕直播施肥联合播种机设计与试验

为解决南方冬油菜产区田间前茬作物留茬高及杂草丛生对油菜苗期生长的影响,有必要在播种同时对土壤进行浅耕除草、灭茬。2BYD-6型油菜浅耕直播施肥联合播种机,将浅耕工作部件和旋转开沟部件安装在同一根刀轴上,采用地轮传动提供排种、排肥系统动力。设计了用于改变排种、排肥轴转速从而达到调节和控制播种量和排肥量的变速机构。可以实现浅耕、灭茬、开排水沟、播种和施肥等联合作业。试验表明：该播种机工作安全可靠,灭茬率大于95%,漏耕率小于5%。该机能够满足南方冬油菜的直播技术及农艺措施要求。     

4HQL-2型全喂入花生联合收获机的研制

针对中国花生的种植特点,借鉴已有的设计经验,研制成功了一种适于中国花生主产区收获作业的4HQL-2型全喂入花生联合收获机。该机利用挖拔组合式工作原理,为保证挖拔效果和稳定性,设计了一种全新的挖拔组合装置;夹持输送部件首次采用了三带夹持原理（普通V型带）,利用柔性夹持方式大大降低了花生的机械掉果率;去土部件采用了上下摆拍式去土方式,去土效果好,损失低;摘果装置采用全喂入式,利用甩捋式工作原理提高了鲜湿花生的摘净率;清选装置采用风筛组合式,逐稿器和振动筛作反向摆动可有效地减轻整机振动。经田间检测摘果率为99.6%,总损失率3.3%,破损率2.0%,含杂率2.2%,达到了设计和相关标准要求,并已通过农业部鉴定。     

主动旋转集行式清秸装置设计与试验

针对东北地区在秸秆全量粉碎还田条件下玉米免耕播种作业时,被动分茬式清秸装置清秸率低,主动条旋式清秸装置草土混埋造成出苗率低的问题,该研究设计了一种主动旋转集行式清秸装置,首先通过理论分析与参数计算确定了清秸弹齿关键部件结构和工作参数。进一步运用土槽试验的方法,选取机组前进速度、清秸弹齿转速和清秸弹齿渗透量为试验因素,以种带清秸率为试验指标,进行二次旋转正交组合试验,建立了试验指标与影响因素回归模型,确定清秸装置最优作业参数组合为机具前进速度1.4 m/s,清秸弹齿转速400 r/min,弹齿渗透量19 mm。并通过田间试验对该装置作业性能进行验证。试验结果表明,最优参数组合下,20 cm宽度种带清秸率为98.3%,平均作业功率为605 W,满足东北地区玉米免耕播种作业农艺和技术要求。该研究可为免耕作业机具清秸装置设计提供参考。     

油菜直播组合式埋茬防堵装置设计与试验

针对长江中下游地区油菜机械化种植时土壤黏重板结、前茬秸秆留茬高、残留量大,致使油菜直播机旋耕及深施肥部件易出现秸秆缠绕、壅土堵塞等问题,导致秸秆埋覆率低、种床厢面起伏不平,影响种床质量的生产现状,该研究设计了一种适用于高茬黏重稻茬田的油菜直播机组合式埋茬防堵装置。该装置主要包括埋茬弯刀和双刃旋耕刀,刀片在筒状刀轴上整体呈人字型排布,通过埋茬弯刀和双刃旋耕刀配合作业,可防止旋耕及深施肥部件秸秆缠绕和黏附堵塞,实现黏重土壤细碎、高茬秸秆埋覆和厢面平整。开展理论分析与EDEM仿真,确定了埋茬弯刀回转半径为245 mm,正切面弯折线角为27 °、弯折角为125 °,作业幅宽为75 mm,防堵直刀回转半径为275 mm,刃磨角为15 °。田间对比试验结果表明：装有组合式埋茬防堵装置的油菜直播机在高茬黏重地表作业通过性好,未出现秸秆缠绕和黏土堵塞,厢面平整度为19.19～22.14 mm,相较于普通旋耕装置,秸秆埋覆率至少提高27.19个百分点,埋茬防堵性能良好,种床质量满足油菜直播农艺要求。研究结果可为高茬黏重工况下的种床整备装置开发提供参考。     

水稻直播用精播绳制造设备研制

水稻直播栽培技术具有省工、节本、增效等优点,但现有的直播机无法适应精确定量栽培的农艺要求。为此,设计了一种水稻直播用精播绳制造机械设备,该设备主要由送纸机构、排种机构、加捻机构和种绳卷绕成形机构等部分组成。其在工厂内将稻种按照设定的穴距和每穴粒数卷在4～7 cm宽的纸带内,并捻制成种绳,而后再将种绳卷绕成圆柱状供大田播放。大田作业时,通过将精播绳铺放在平整后的田块中,实现水稻的有序栽培。试验结果表明,研制的机械设备工作性能稳定,生产的种绳穴距变异系数不超过3.15%,每穴粒数变异系数不超过13.42%,种绳直播的水稻产量达10 290 kg/hm2,与当地的机插或人工手插相比无显著差异,但明显高于中国目前水稻平均单产。     

油菜机械直播铲锹式种床整备机振动特性分析与结构改进

针对油菜机械直播铲锹式种床整备机作业时机组振动大,易导致关键零部件磨损、降低整机可靠性的问题,该研究利用Coco-80动态信号测试分析系统对机组在怠速和田间作业工况下的振动加速度进行测试,采用时域和频域分析相结合的方法,确定了两种工况下不同位置测点的振动加速度大小及机组主要激振源,并以此为依据提出了通过优化曲柄相位角排列方式降低整机所受合惯性力、合惯性力矩,减小铲锹式种床整备机振动的方案。进一步地,基于质量代换法建立了整机共10组曲柄摇杆机构的惯性力、惯性力矩受力模型,运用MATLAB软件分析得出整机受到合惯性力、合惯性力矩最小的曲柄相位角排列方式,在此排列方式下,整机合惯性力基本平衡,绕x、y轴的合惯性力矩绝对值均值分别降低了37.40%、30.09%。对改进后的机组在振动较大处采集加速度时域信号,与改进前相比,测点振动总量在怠速和田间作业工况下分别降低了36.42%、31.97%。该研究可为基于平面连杆机构群的农业机械减振研究提供参考。     

油菜精量直播机凸轮摇杆式播量调节机构设计与试验

针对不同区域的油菜种植农艺差异、不同播期播量差异及播量范围变化大的生产实际,该文设计了一种输出轴与输入轴转速速比范围为0.1～0.45的凸轮摇杆式油菜精量直播机播量调节装置。解析了调节机构的基本运动原理,分析了凸轮摇杆机构凸轮轮廓曲线及从动件运动规律,所设计凸轮轮廓曲线呈纺锤形,从动件位移曲线为螺旋曲线,从动件速度变化曲线为一峰三柱点曲线,从动件角速度变化曲线为2条不同振幅与频率的正弦曲线合并而成。开展了播量调节装置速比精确性和对排种器排种性能影响试验。试验结果表明,不同输入轴转速下,速比为0.2～0.45时播量调节装置输出轴转速相对误差值对比速比为0.1～0.2时较小,平均误差低于3.8%;不同输入轴转速、种床带前进速度下播量调节装置对排种器排种性能影响较小,播量调节装置可实现油菜不同播量需求。预调播量为5 500和6 720 g/hm2进行田间试验,结果表明,油菜各行1 m内平均苗数为16和20,符合预调播量;各行苗数一致性变异系数为6.48%和8.19%,播量调节装置满足油菜对变量播种的农艺要求。     

地表坡度对油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的影响

针对油菜种植区域作业方向的地表坡度变化影响气送式油菜宽幅精量免耕播种机排种性能的问题,该研究以播种机及气送式集排器为研究对象,构建了不同地表坡度下种子与外切圆弧型孔、种子-气流与集中分配器间的力学模型,建立了气送式集排器供种速率和排种速率的随机过程模型,应用EDEM仿真开展了作业方向的地表坡度、供种装置转速对供种装置供种速率影响的双因素试验,建立了地表坡度、供种装置转速对供种速率影响的数学模型;利用DEM-CFD耦合仿真分析了地表坡度对集中分配器排种性能的影响规律。仿真试验结果表明:以平整地表为基准,供种速率随地表坡度在-5°～5°内先增大而后逐渐减小;地表坡度绝对值为3°～5°时,供种速率的变化量达到50%;各行排种粒数一致性变异系数随地表坡度的增加而增大,变化区间为4.95%～14.91%。利用智能种植机械测试平台模拟播种机田间作业时不同地表坡度下的作业效果,结果表明,随着作业方向的地表坡度、前后往复摆动角度、前或后单向摆动角度的增大,各行排种量一致性变异系数均逐渐增大;仿真模型计算的各地表坡度下的供种速率与台架试验的平均误差为4.28%。根据试验结果建立播种机沿作业方向前后往复摆...     

机械直播同步深施肥对冬油菜茎秆抗倒性和产量的影响

为探明机械直播同步深施肥对冬油菜抗倒伏能力及产量的影响，该研究选用"华油杂62"油菜品种为供试作物，设置肥料深施、肥料混施和不施肥3个处理，于2020年10月至2021年5月在湖北监利和沙洋试验地开展了田间试验，研究不同施肥处理对油菜根系特征、茎秆发育特性、干物质累积、植株氮素吸收、倒伏性状及产量等指标的影响，明晰机械直播同步深施肥冬油菜茎秆抗倒性及产量对株型特征的响应。结果表明，肥料深施较肥料混施处理促进了油菜茎秆生长发育且影响倒伏相关性状，茎粗、茎秆干质量、地上部鲜质量和茎秆抗折力分别显著（P<0.05）增加了9.5%、16.6%、17.4%和31.5%，而油菜株高及地上部鲜质量乘积的增幅小于茎秆抗折力的增幅，导致倒伏指数降低了5.0%，说明深施肥能够增强油菜茎秆抗倒性。此外，肥料深施较肥料混施处理显著增加了油菜根干质量、地上部干质量及地上部氮素积累量，增幅分别达到23.2%、20.4%和27.4%，最终使得油菜产量提高了20.7%（P=0.014），收获指数提高了2.0%。综上，长江中下游地区，肥料深施能改善冬油菜株型，优化油菜群体结构，提升油菜抗倒性能且提高油菜产量，是实现油菜高产且低倒伏风险的机械化种植方式。     

割前摘脱收获机禾秆收割动力学试验

割前摘脱工艺强调的是先脱后割作业,在切割茎秆时摘脱装置压倒茎秆前倾一定的角度,从实际应用出发,采用自行设计研制的测量装置,对前倾禾秆顶端的水平力和垂直力进行了测试研究,得到了禾秆前倾时水平力和垂直力的数学模型。为前倾禾秆横向输送器进行结构设计提供重要的理论依据。     

马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机设计

为实现全膜覆盖种行覆土马铃薯机械化种植,针对地膜全域覆盖膜上对行覆土等难题,设计了马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机。对样机关键部件进行了分析与设计,确定了液压偏置悬挂装置、跨越式膜上覆土装置、排种系统、碎土整形装置结构及工作参数,解析了核心部件作业机理。田间试验表明,马铃薯施肥播种起垄全膜覆盖种行覆土一体机膜下播种深度合格率为86%,种薯间距合格指数为89%,重种指数为5%,漏种指数为4%,种行覆土宽度合格率为92%,种行覆土厚度合格率为94%,邻接行距合格率为86%,地膜采光面机械破损程度为48.1 mm/m2,渗水孔间距合格率为96%。田间性能试验指标均达到国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求,能够实现施肥、播种、起垄、全膜覆盖、种行覆土一体化作业。     

油菜高速直播机开畦沟装置刀组优化与试验

针对长江中下游现有油菜机驱动型开畦沟装置高速（≥10 km/h）作业存在功耗较大、沟形不稳定的现实问题,该研究设计了一种刀体低阻触土面近似为螺旋桨叶面的类螺桨式开畦沟装置。基于运动学、动力学设计了由4组刀盘组成的类螺桨式刀组,确定了影响其作业功耗、作业质量的关键参数范围。基于EDEM软件开展了刀片刃型、螺距角及弯折角的单因素试验,结果表明：后磨刃耕阻最小,螺距角增大使刀片耕阻先减小后增大、抛土性能下降,弯折角增大使整体耕阻减小、抛土性能下降;1～4号刀盘的刃角结构为后磨刃,螺距角分别为7°、5°、4°、3°,折弯角分别为120°、120°、90°、90°时阻力较小,抛土性能较好。以螺距角、作业速度和刀盘转速为因子的Box-Behnken仿真试验,采用遗传算法对功耗和抛土性能进行多目标优化,结果表明：作业速度、刀盘转速、螺距角增大均使功耗上升,其中作业速度影响最大;作业速度降低、刀盘转速增高均使抛土效率提高;优化后1～4号刀盘对应的的螺距角分别为6.7°、4.7°、3.5°、2.5°;作业速度6、9、12 km/h时刀盘较优转速分别为540、620、810 r/min,优化刀组作业功耗低...     

油菜高速免耕直播机驱动型开畦沟装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区现有油菜直播开畦沟装置高速作业（≥10 km/h）时存在沟形稳定性较差、畦沟两侧厢面质量较差而导致油菜直播作业速度无法提高的问题,该研究研制了一种主动型开畦沟并同步厢面匀土的类螺桨高速开畦沟装置。基于运动学和动力学分析确定了影响减阻性能的关键因素及参数范围,并依此设计和确定了类螺桨低阻开畦沟刀片及其刀组排列方式;为降低阻力和保证抛土效率,开展了基于刀盘-土壤离散元模型的刀片旋切特性仿真试验,结果表明：随螺距角增大,阻力扭矩先减小后增加,且后磨刃的切削阻力小于前磨刃;最佳螺距角、刀刃结构参数组合下类螺桨刀组在作业速度12 km/h、刀盘转速810 r/min时,阻力扭矩较直勺刀组减小176.6 N·m,牵引阻力减小447.7 N。基于动力学分析确定了影响匀土板匀土性能的因素及其参数范围,匀土仿真试验结果表明：左、右匀土板拱度为0.19,下倾角分别为10°、7°时匀土性较好。田间试验结果表明,在作业速度9～12 km/h时,畦沟沟深169.1～188.6 mm,沟深稳定系数92.5%～95.6%、厢面平整度22.2～23.0 mm,两侧匀土变异系数分别为14.3%、17.2%,埋茬率81.96%～87.46%,碎土率93.26～95.33%;作业速度12 km/h时的作业功耗为66.84 kW,满足油菜种植农艺要求。研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速免耕直播开畦沟及高质种床制备提供新方法。