甘蔗破垄施肥盖膜机械化技术及效益分析

本文针对我国南方蔗区甘蔗收获后的宿根蔗地进行破垄、施肥与盖膜作业要求,阐述机械化破垄施肥盖膜技术原理。证明宿根蔗通过破垄施肥盖膜机械化行走拨叶、破垄、施肥、盖膜,可以达到切除宿根蔗蔸部分老根,增加土壤养分,保持土壤水分,利于宿根蔗新根系发达生长,促进低位芽萌发,蔗苗生长整齐粗壮,而且不易倒伏,从而提高宿根蔗产量,实际应用效果及经济效益显著。     

破茬刀结构参数仿真分析优化试验

以免耕播种机破茬刀为例,分析破茬刀切断茎秆条件及破茬刀作业时滑切原理,来确定破茬刀结构参数,并借助离散元软件对破茬刀进行仿真试验,研究破茬刀结构参数对于其功耗及土壤扰动面积的影响,从而优化破茬刀结构。理论分析得到:破茬刀的直径范围为420～430mm,滑切角范围为40°～58°。2因素5水平正交旋转组合离散元仿真试验得到:影响破茬刀作业功耗的主次因素为破茬刀直经、滑切角;影响破茬刀土壤扰动面积因素的主次顺序为破茬刀直径、滑切角;理论上当破茬刀直径428.51mm、破茬刀滑切角44.66°时,破茬刀功耗为1.754 6kW,扰动面积为197.836mm~2。试验结果表明:优化后的破茬刀与理论值相比,功耗增加2.23%,土壤扰动面积增加1.31%,均与理论值偏差较小,仿真优化结果可靠。优化后的破茬刀作业性能与作业效果优良,可为少免耕耕作部件的优化设计提供一定依据。     

垄上灭茬刀优化设计与试验

针对灭茬刀耕作阻力大、磨损严重等问题,优化设计了灭茬刀及刀辊。通过理论分析,得到影响灭茬刀耕作阻力和损伤情况的因素为灭茬刀正切刃滑切角、侧切刃滑切角和弯折角,并确定灭茬刀作业状态稳定时正切刃滑切角的取值范围为0°～16°,侧切刃滑切角的取值范围为47°～68°,弯折角的取值范围为90°～130°。在有限元软件ABAQUS中对土壤建立Drucker-Prager本构模型,并进行了灭茬刀切割土壤的运动学仿真试验,设计为三因素三水平正交试验。结果表明:影响灭茬刀作业过程中应力和应变变化的主次因素为侧切刃滑切角、弯折角、正切刃滑切角,当正切刃滑切角16°、侧切刃滑切角68°、弯折角110°时,灭茬刀的应力和应变较优,且方差分析得到各因素对应力和应变的影响均显著。田间试验结果表明:优化设计的灭茬刀较行业标准灭茬率提高9.57%,碎土率提高6.6%,灭茬深度稳定性系数提高4.2%,灭茬刀作业效果优良。     

揭膜集条机存在问题及改进

<正>SMJ—2揭膜集条机工作原理是:集条机机架前部装有4个断根松膜铲,每两个断根松膜铲成“八”字形将一垄膜的膜边松动,并从土壤中翻出,同时切断棉株的主根,松碎垄面膜上的土壤;在断根松膜铲的后面装有4个按股弹齿圆盘,将地膜从土壤中挑出,4个搂膜弹齿圆盘也成“八”字形安装,将两垄地膜挑出集中成条状,摆于空行中,从而完成起膜、挑膜、集膜成条的工作过程,最后,由人工将废膜、茎秆清除.现根据存在的问题提出改进意见.1.集条机作业后,不但茎秆和残膜成垄,土壤也会成垄.为解决这一问题,我们用铁牛—55拖拉机悬挂分垄器,在带状垄上作业一遍,将垄破分,使土地平整,同时可以将部分土壤中的残膜暴露于地表通过人工捡拾,提高了残膜回收的净度.     

马铃薯播种机两段式组合起垄装置设计与试验

起垄有利于增加土壤的透气性及保水能力,是马铃薯种植环节中重要的一环。针对目前马铃薯播种机起垄装置功能单一、效率低、作业效果差等问题,提出一种适用于山东地区的两段式组合起垄装置,通过覆土圆盘和翼面铲的配套作业,同时完成覆土、起垄和整形作业,有利于种薯扎根稳定、生长发达,提高马铃薯播种机的作业效率和质量。通过分析覆土圆盘、翼面铲的作业过程以及土壤的运动过程,对翼面铲的总体尺寸及铲尖、铲面、翼板等主要部件进行参数设计。利用EDEM仿真软件建立土壤与两段式组合起垄装置的联合仿真模型并进行试验,对两段式组合起垄装置的起垄量模拟曲线进行分析,得出装置的作业质量相比仅依靠覆土圆盘作业有显著提升。田间试验表明,当马铃薯播种机前进速度为0.25m/s时,两段式组合起垄装置所起土垄平均高度为251mm,平均垄底宽为698mm,平均垄距为902mm,平均垄体土壤紧实度可达到390.33kPa,作业效果良好,满足山东地区马铃薯起垄农艺要求。     

小型整杆式甘蔗收割机拨蔗机构仿真试验研究

通过对小型整杆式甘蔗收割机的拨蔗机构建立仿真运动模型,运用ADAMS动力学仿真软件对仿真模型进行试验研究,分析该拨蔗机构的拨蔗完整率。以机器前进速度、旋转轴转速、拨杆数目为因素,拨蔗完整率为试验指标,设立一个三因素三水平的正交试验。分析三因素与拨蔗完整率的关系,同时对仿真结果的数学模型进行优化分析。结果表明:当机器前进速度为0.9m/s、转轴转速为400r/min、拨杆数目为2时,拨蔗机构的拨蔗完整率可达到的最大值为96.6%。     

粉垄刀具减振仿真研究

针对现有粉垄刀具作业时振动大的问题,开展了粉垄刀具减振仿真研究。首先,采用SPH法建立粉垄刀具作业系统动力学仿真模型;然后,采用粉垄耕作田间试验,验证建模方法的合理性;最后,利用构建的粉垄刀具作业系统模型开展粉垄作业仿真,研究粉垄刀具的受力变化,揭示现粉垄刀具作业时振动大的原因。开展粉垄刀具结构创新设计,对新型粉垄刀具的减振效果进行仿真分析,结果表明:基于SPH法的粉垄刀具作业系统建模方法合理,可用于粉垄刀具作业分析;粉垄刀具的螺旋叶片和刀片在高度平面上不具对称性,不同深度土壤的参数存在差异、约束作用不一,其切土阻力和扭矩呈周期性变化,且激振力力幅大,达到713.5N,是粉垄刀具作业时振动大的原因。新结构的双螺旋粉垄刀具作业时,其力幅和力矩幅分别比原粉垄刀具的减小78%和52.8%,能有效减小粉垄刀具的振动。     

甘蔗机械种植不同下种模式的试验分析

<正>近几年,广西所推广应用的甘蔗种植机,都属实时切种作业方式,即开展种植作业时,种植机上的切种器将整杆甘蔗切成一定长度的蔗种段摆入开好的沟内。由于切种长度为固定值,切种器不能按甘蔗节长短进行切种长度调整,因而蔗种容易出现伤芽和切损等问题,造成后期出苗不均,解决方法主要是采用预切种作业方式,即作业前把蔗种进行切断和处理,但目前预切种式     

宿根蔗平茬破垄覆膜联合作业机的使用调整与维修保养

针对目前拖拉机机手对宿根蔗平茬破垄覆膜联合作业机的使用调整不合理或维修保养不当而造成作业成本高、机具使用寿命短等问题,详细介绍了宿根蔗平茬破垄覆膜联合作业机结构特点和工作原理、使用安装调整与维修保养的方法等,以指导拖拉机机手和管理人员正确使用和管理宿根蔗平茬破垄覆膜联合作业机。     

玉米免耕播种机侧置切刀与拨茬齿盘组合清茬装置研究

针对我国东北地区在秸秆全量还田条件下进行玉米免耕播种作业时,种带清茬率低、播种后秸秆在风力作用下被吹回清理后的播种带,从而造成秸秆回垄的问题,设计一种侧置切刀与拨茬齿盘组合式清茬装置。通过对清茬装置的切茬性能进行分析,确定了切茬圆盘类型、尺寸及安装参数;对拨茬过程中种带秸秆及表土在拨茬齿盘作用下的运动轨迹进行分析,得出影响清茬率及秸秆回垄的拨茬齿盘主要参数为:回转半径、曲率半径、拨齿长度。以种带清茬率与秸秆压土量为试验指标,采用离散元软件EDEM进行二次旋转正交组合仿真试验,确定了拨茬齿盘的最优参数组合为:回转半径163 mm、曲率半径350 mm、拨齿长度52 mm。采用最佳参数组合进行田间验证试验,结果表明,在20 cm清茬宽度下,种带清茬率与秸秆压土量分别为91.4%和5 833 cm~3/m~2,与仿真结果基本一致,作业后行间秸秆被种带表土覆盖,且未出现秸秆回垄现象,满足免耕播种作业农艺和技术要求。     

切抛组合式小麦宽幅沟播破茬清秸防堵装置设计与试验

针对西北地区玉米秸茬覆盖地小麦免少耕宽幅沟播时,由于玉米根茬阻碍秸秆流动导致的秸茬聚集壅堵、土壤扰动大、种带清洁率低、播种质量差等问题,提出先被动切割、后主动抛撒的种带清理方法。设计了一种切抛组合式破茬清秸防堵装置,通过纵向布置的倾斜缺口圆盘与旋抛装置配合作业对种带残茬与秸秆进行清理。适配防堵装置设计了分流式开沟器,实现行距稳定的一沟两行播种。分析确定了缺口圆盘倾角与偏角参数;依据滑切理论设计计算了平直旋刀与侧倾旋刀刃线结构参数;建立MBD-DEM联合仿真平台并采用正交旋转组合试验方法,以种带清洁率、秸茬粘结键破碎率与土壤扰动宽度为指标进行旋抛装置关键参数优化仿真试验。基于仿真结果建立各指标回归模型并通过响应面分析与多目标优化得出,当侧倾旋刀倾角为20°、回转速度为310r/min时,防堵装置种带清洁率达到96.9%,秸茬粘结键破碎率为26.9%,土壤扰动宽度为139mm。在玉米秸茬覆盖地进行小麦播种试验,结果表明切抛组合式小麦宽幅沟播破茬清秸防堵装置通过性良好,种床清洁率为90.1%,破茬率为96.2%,土壤扰动宽度为127mm,土壤扰动量为6.9%,整机作业质量稳定且播种后小麦出苗均匀,满足宽幅沟播小麦免耕播种农艺要求。     

新型无叶粉垄刀具仿真设计研究

针对粉垄刀具作业功耗和切削阻力大及耕后表层土块大的问题,设计了一种新型无叶(螺旋叶片)刀具,采用SPH法建立3种线型新无叶刀具作业系统仿真模型,进行作业性能对比分析,优选一种线型新刀具,并与原刀具进行对比,且对优选新型无叶刀具作业过程进行分析。研究结果表明：与原粉垄刀具相比,新刀具功耗减少了8.4%,表层土壤破碎度减小了43.3%;新刀具作业后土壤表层破碎度较高,主要是由于新刀具耙齿切出细长条的土块后,土块可受到上层外部刀片和相邻刀具的上层外部刀片交错切削;刀具的切削阻力受外部刀片数量和分布、耙齿的宽度及底刀的结构等因素影响较大。研究结果可为粉垄刀具减阻优化提供理论依据。     

基于Abaqus的缺口圆盘刀开沟作业有限元仿真及分析

为分析免耕播种机破茬开沟部件开沟作业时圆盘刀与土壤之间的相互作用情况,在Abaqus有限元分析软件中建立了圆盘刀——土壤侵彻的三维动态有限元模型,在Explicit动态显示模块下进行仿真试验分析。搭建了基于室内土槽的圆盘刀牵引平台,通过土槽试验对有限元模型的正确性、有效性进行验证,结果表明:该有限元模型能准确模拟圆盘刀在土壤上进行开肥沟作业的过程。选取机组前进速度、圆盘刀入土深度和圆盘刀刀面与前进方向之间偏角等作为试验因素进行基于上述有限元仿真的正交试验,得到各因素及其一阶交互作用对模型中肥沟深度和宽度的影响规律。同时得到:在机组前进速度为1.67 m/s、圆盘刀入土深度为12cm、圆盘刀面偏角为6°时,破茬开沟部件所开肥沟质量最佳。     

甘蔗茎秆-蔗叶系统有限元建模方法研究

针对目前甘蔗剥叶仿真研究缺少甘蔗茎秆-蔗叶系统仿真模型及甘蔗倒伏机理研究匮乏等问题,根据甘蔗实际的几何参数,采用PRO/E软件建立了甘蔗的三维模型,将其导入ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件。同时,根据测定及反求的材料参数,定义了甘蔗的材料模型,并对模型进行了网格划分,得到甘蔗茎秆-蔗叶有限元仿真模型。结果表明:该模型可用于后续的甘蔗剥叶和倒伏动力学仿真研究。     

基于SPH法的水田筑埂机取土弯刀旋切性能优化研究

为满足水田筑埂机集土需求,提高其旋切集土效率,基于标准旋耕刀具IT245,建立单个取土弯刀与土壤相互作用的光滑粒子流体动力学(SPH)模型,研究了取土弯刀结构参数对旋切性能的影响。首先研究取土弯刀切土过程,然后分析了刀具弯折角、弯折半径、滑切角、正切面端面高、工作幅宽、刀刃线长等参数对集土效果与工作效率的影响,研究结果表明当弯刀结构参数为127°-60 mm-20°-60 mm-60 mm-15 mm(弯折角—弯折半径—滑切角—正切面端面高—工作幅宽—刀刃线长)时,在满足集土要求的基础上,弯刀旋切工作效率提高至84.91%,相较于优化前提高20.9%,筑埂机取土弯刀性能得到了显著提高。     

免耕播种机切茬导草组合式草土分离装置设计与试验

针对玉米免耕播种机在麦茬地作业时机具通过困难、苗带草土混杂、作业质量差等问题,提出驱动切茬和被动导草联合作业的技术思路,设计了一种切茬导草组合式草土分离装置,实现了秸秆及杂草的切割拨抛和引导分流。对凹面缺口圆盘刀和导草板等关键部件与秸秆及杂草间的相互作用规律进行理论分析,确定了关键影响因素及其取值范围;运用CFD仿真技术确定了导草板的最优参数;借助EDEM离散元仿真技术建立了草土分离装置-土壤-秸秆相互作用的仿真模型,确定凹面缺口圆盘刀的最优结构参数组合;通过田间试验对该装置的作业性能进行了验证。研究结果表明:影响切茬导草组合式草土分离装置作业性能的主要结构参数为凹面缺口圆盘刀刀盘入土深度、刀齿高度和刀盘偏角。当刀盘入土深度为73. 63 mm、刀齿高度为69. 70 mm、刀盘偏角为23. 41°时,该装置机具通过性良好,且作业性能稳定,苗带秸秆清除率和土壤扰动量平均值分别为90. 16%和20. 85%,符合玉米免耕播种作业农艺和技术要求。     

垄作免耕播种机被动式防缠绕破茬清垄装置设计与试验

为了解决东北玉米垄作免耕播种机作业时缠绕堵塞工作部件，减小对土壤扰动，提高破茬开沟质量等问题，优化设计了防缠绕破茬清垄装置，主要包括阿基米德螺线锯齿型缺口圆盘破茬刀和星型清垄轮。通过理论分析确定了影响破茬清垄装置作业性能的主要参数为机具前进速度V_m、破茬刀入土深度h以及清垄轮安装偏置角α。利用离散元软件EDEM进行二次回归正交旋转组合仿真试验，确定了该装置的最优工作参数组合为：机具前进速度V_m为7 km/h、破茬刀入土深度h为75 mm、清垄轮安装偏置角α为30°。通过田间验证试验，得出破茬清垄装置在最优工作参数组合下的破茬率为92.21%,清秸率为93.49%,验证了仿真理论研究结果，机具通过性显著提高，达到了东北玉米垄作免耕播种农艺和农机的技术要求。     

葡萄深施有机肥开沟装置设计及仿真

针对葡萄种植施肥过程中开沟作业功耗大的问题,根据新疆葡萄种植地土壤特性及葡萄种植模式,设计了一种适用于葡萄深施有机肥的开沟装置,主要由机架、刀盘总成及导流罩等组成。其中,开沟刀具依次间隔螺旋排列,刀具2把为1组,共7组14把。在完成开沟装置设计与土壤参数测定的基础上,利用离散元仿真软件建立了土壤颗粒模型及土壤-开沟装置交互模型,仿真分析了前进速度、刀盘转速及刀具组合对开沟作业功耗的影响。结果表明:前进速度、刀具组合、刀盘转速与刀具组合交互作用对开沟作业功耗影响显著。确定的最优参数组合为:前进速度801m/h,刀盘转速111r/min;刀盘组合为:刀A切土角150°、弯折角60°、工作幅宽133mm,刀B切土角180°、弯折角90°、工作幅宽166mm。此时,开沟作业功耗为17k W。     

基于Pro/E的免耕垄作播种机清垄装置设计

破茬清垄装置是免耕播种机防止堵塞保证良好播种质量的重要工作部件。清垄装置在工作时,残茬经常会落到临近地垄上,而不一定会落进垄沟之中,这就需要对影响残茬运动轨迹的因素进行分析,优化,最终使残茬可以落入垄沟中。为此,该文应用Pro/E软件的建模和运动仿真等功能建立了清垄装置仿真模型,并对其清垄的运动情况进行了仿真分析。分析结果表明,影响残茬运动轨迹的主要参数是破茬清垄装置的前进速度v,水平圆盘的摆动速度u,后翼的开合角度a。通过取b角为不同值时对水平圆盘进行仿真,并对残茬的运动情况进行了观察。经分析,当前进速度v=1.153 m/s,后翼的夹角a?=60°～120°范围取值时,残茬的落地位置较好。为垄作免耕播种机破茬防堵装置的设计提供了技术支持。     

玉米秸秆还田交互式分层深松铲设计与离散元仿真

在玉米秸秆还田条件下,为了提高深松作业破茬比率,降低土壤扰动与能耗,以物料(土壤、秸秆和根茬)特性、滑切原理和离散元(EDEM)仿真分析深松铲对土壤的作用为依据,设计了交互式分层深松铲。首先,根据物料特性与滑切原理得到前铲结构参数;然后,以前铲仿真过程中回流土壤最大加速度的位置和方向为依据,设计与回流土壤形成滑切交互作用的后铲交互段铲柄,同时设计后铲上下段铲柄,得到后铲结构参数;最后,结合前铲运动速度与土壤颗粒回流至最大加速度的时间确定前后铲处于滑切交互时的间距。将交互式分层深松铲与前铲仿真过程中所选土壤颗粒最大加速度的方向进行对比,验证了设计思路的合理性。离散元仿真对比试验表明,交互式分层深松铲可有效降低土壤扰动;比普通分层深松铲、圆弧型单铲对根茬的平均作用力分别提高了22.14%、26.98%;比非交互式分层深松铲、普通分层深松铲、圆弧型单铲的平均阻力分别减小了14.25%、26.02%、8.71%。交互式分层深松铲破茬比率高、土壤扰动小、能耗低,满足深松作业的要求。