水田株间立式除草装置除草机理与试验研究

为提高水田机械除草作业质量,以株间立式除草装置为研究载体,阐述主要结构及工作原理,分析压埋式除草机理,建立除草运动学与动力学模型。为提高除草部件作业性能,确定最佳工作参数,以除草弹齿旋转速度、机具前进速度及弹齿入土深度为试验因素,株间除草率及伤苗率为试验指标进行二次回归正交旋转组合设计试验,分析不同工作参数下除草性能规律,运用Design-Expert 6.0.10软件处理试验数据,建立因素与指标间数学模型以进一步优化。结果表明,除草弹齿旋转速度69.3 r·min~(-1),机具前进速度0.44 m·s~(-1),弹齿入土深度38 mm时,机具除草性能质量最优,除草率81.5%,伤苗率4.6%,满足机械除草农艺要求。     

水稻高秆翻埋快腐还田机研究

为适应东北高寒地区水稻秸秆的机械化还田作业,降低还田作业的牵引阻力、加快秸秆的腐解,设计了具有滑切减阻特性的还田弯刀组成的高秆翻埋装置和使秸秆均匀平铺同时施入秸秆腐解剂的秸秆梳理-腐解剂施入装置。采用旋转正交设计方法设计试验方案,考察机器前进速度、刀辊转速、还田深度三个因素对牵引阻力的影响,建立牵引阻力模型,得到牵引阻力最优的参数组合：机器前进速度为1.4 m/s,刀滚转速210 r/min,还田深度为10 cm。影响阻力的因素主次顺序为：刀辊转速>机器前进速度>还田深度。     

秸秆直注深埋还田机设计与试验

秸秆还田作为农作物秸秆的有效利用方式之一,能培肥地力,蓄水保墒。为了改善东北地区耕层变浅、犁底层上移、玉米秸秆产量大、后续处理困难等问题,设计了一种秸秆直注深埋还田机。该机由秸秆粉碎装置,输送装置、开沟装置和覆土装置组成,能一次性完成秸秆捡拾、输送和深埋等作业内容,可将地表秸秆埋至地下300mm土层中,满足打破犁底层,构建合理耕层,提高秸秆利用率的要求。该机输送装置中部安装卸料室,实现秸秆从两侧向中间聚拢并向下运动的效果。通过对输送装置分析得知,螺旋叶片设计直径315mm,螺距315mm,当螺旋轴转速为350～450r·min-1时,卸料效果良好。参考双翼铧式开沟器作业后的土壤截面设计了柳叶形直注铲,该铲底端秸秆出口设计成流线型柳叶状,铲横截面形状为椭圆形。通过分析计算得出直注铲设计高400mm、铲宽320mm、圆心角θ=60°时,铲横截面积为9.92×104mm2,满足卸料要求,同时能达到开沟破土并回填部分土壤的作业效果。以拖拉机前进速度、秸秆覆盖量和输送装置转速为因素,以秸秆还田率为指标,设计了正交试验。结果表明:拖拉机前进速度和输送装置转速对还田率影响显著,当前进速度为5km·h-1,输送装置转速为450r·min-1时,还田率为90.5%。该试验结果表明了机具作业性能符合设计要求,卸料室和直注铲的设计为秸秆还田机输送装置和开沟装置的优化设计提供理论和实践参考。     

秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min~(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h~(-1),开沟装置转速为270r·min~(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。     

秸秆深埋还田机覆土装置的参数优化与试验

秸秆深埋还田机在田间作业过程中,覆土镇压的效果是检验机具覆土装置设计合理性的关键。由于东北地区棕壤土玉米种植过程中,连年的化肥施用与拖拉机等机组的田间作业,导致土壤犁底层上移、理化性质变差,影响农作物产量,秸秆的焚烧又会造成严重的污染,因此寻求合理的秸秆利用方式变得十分必要。为了改善机组在工作过程中阻力过大、覆土镇压效果差等问题。设计一种螺旋式覆土装置,探究其在机具覆土作业过程中的优缺点。结合覆土原理,通过对覆土装置运动过程中土壤颗粒的运动过程进行分析,通过理论计算和优化设计,确定了螺旋叶片的主要参数:螺旋轴直径为50mm,长度为1100mm,覆土宽度为1200mm,两螺旋叶片间距为500mm,螺距为250mm,最大螺旋升角为16°,螺旋线的圈数为2圈,两螺旋叶片对称布置。为确定机具的最佳工作参数,进行三因素五水平二次回归正交组合试验,试验选取机具的前进速度、覆土器转速、开沟深度为试验因素,覆土合格率为试验指标。通过对田间试验的数据分析,改进后机组的最佳工作性能参数组合为:机具前进速度2km·h-1、覆土器转速290r·min-1、开沟深度25cm。田间试验表明:覆土合格率为97.1%,满足秸秆深埋还田的技术要求和地方标准,可以为秸秆深埋还田机覆土装置的设计与优化提供理论参考。     

从动型旋转齿盘分草装置的设计

【目的】设计1种从动型旋转齿盘分草装置,弥补现有分草装置结构复杂、清除率不高、对秸秆覆盖适应性差等不足。【方法】优化设计1种由从动齿盘和分草栅条组成的分草装置;以秸秆覆盖高度及机具行走速度为影响因子对分草器进行EDEM仿真试验;进行田间通过性及种床带上秸秆清除效果试验。【结果】仿真结果表明该分草装置可以在秸秆覆盖高度100~200 mm时稳定工作,清除率为49.0%~57.5%。随着机具前进速度和秸秆覆盖高度的增加,清除率增大。田间试验结果表明,当作业速度为3 km·h~(–1)时,机具发生2次轻微堵塞,秸秆清除率为50.9%;当作业速度达到5 km·h~(–1)时,机具无堵塞,通过性良好,秸秆清除率为57.5%。【结论】该装置清草效果良好,可以满足小麦田间免耕作业的实际需要。     

白浆土秸秆深还田心土混拌技术

黑龙江省三江平原白浆土区大豆耕层土壤有机质低,心土层硬度大,生育期内常出现表旱表涝现象,严重影响作物的生长及产量.本研究应用心土混拌技术,并结合大垄密播种技术,形成大豆秸秆还田心土混拌深松技术模式.从而使白浆层和淀积层随机混拌,改善土壤结构,提高土壤通透性,增加土壤蓄水保墒能力,降低土壤硬度,提高心土层有机质含量及肥力...     

机械化秸秆深还机具的临界规模分析及机具配备

秸秆深埋还田是农作物秸秆综合利用的一项主要措施,能有效改善辽西旱区存在的“气候干旱、耕层浅薄、土壤有机质低”的问题。在实践基础上优化了机械化秸秆深埋还田机械化作业工艺,确定了机械化秸秆深埋还田关键作业机具。为了提升秸秆深还机械化水平,实现机具的合理配备与选型,以技术经济学中的成本理论为基础,建立机械化秸秆深还技术中深开沟、秸秆配肥深施、覆土起垄机具的作业费用数学模型,进而分析主要机具的工作效率、作业成本、最小和最大临界规模;提出了100 hm2玉米秸秆机械化深还技术机具配备方案,实现玉米联合收获、秸秆深埋还田、免耕播种,达到节本增效的目的。     

气吹式防堵大豆免耕播种机设计与试验

针对现有秸秆全量还田大豆免耕播种机常出现秸秆堵塞、架苗等问题,设计一种基于气吹式防堵大豆免耕播种机,此播种机采用风扇与浅旋刀配合方式,利用气流场将秸秆吹散,达到洁区免耕目的。利用EDEM和fluent软件,仿真验证机具三维模型,仿真结果均满足设计要求。田间试验结果表明,在播种机前进速度0.8 m·s~(-1),浅旋刀转速200 r·min~(-1),入土深度50 mm,风扇转速2 500 r·min~(-1)时气吹式防堵大豆免耕播种机秸秆清洁率为80.55%,晾籽率为0.95%,机具通过性良好。利用气流场解决播种过程秸秆堵塞、架苗等问题,填补大豆免耕播种机在该研究方向空白,为大豆免耕播种机设计提供参考。     

基于光滑粒子流体动力学的旋耕切土数值模拟

为明确ⅠT245型旋耕刀(刀座式)切割重黏土过程,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对旋耕刀–土壤进行建模,运用ANSYS/LS–DYNA软件进行仿真,分析单个旋耕刀在刀盘转速200 r/min、机具前进速度0.6 m/s、耕深0.12m工况下的切土扭矩情况,仿真平均扭矩为5.84N·m,以库伦定理和朗肯土压力理论为依据计算的理论平均扭矩为6.42N·m,二者误差为8.98%。分别使用理论方法和有限元方法,以机具前进速度、刀盘转速和耕深为影响因素,以比功为评价指标,进行正交旋转组合试验,得到旋耕比功与机具前进速度、刀盘转速及耕深的回归方程,表明在符合农艺要求的情况下,应尽可能选择较大的机具前进速度和耕深,较小的刀盘转速。     

棉秆拔秆机拔秆装置的设计与试验

为小型履带自走式棉秆拔秆机设计了拔秆装置。该装置主要由旋转刀辊、输送钉齿、压缩滚筒、清理滚筒等组成,针对南方行距不一的复杂地势,能实现不对行拔取,清理棉秆根部泥土,且不易拔断棉秆。对影响棉秆拔净率和拔断率的主要因素——机具前进速度、刀辊旋转速度、辊刀入土深度进行了单因素和多因素正交试验。结果表明:影响棉秆拔净率和拔断率的因素大小依次是辊刀入土深度、刀辊旋转速度、机具前进速度;当辊刀入土深度为15 cm、刀辊旋转速度为415 r/min、机具前进速度为0.8 m/s时,棉秆拔净率可达95.8%,拔断率仅为9.6%。     

半干旱区玉米秸秆还田方式抗旱效果及效益分析

为促进玉米抗旱减灾,本研究利用田间试验,采用大区对比设计,设6个秸秆还田处理,包括翻埋还田、碎混还田、覆盖还田、秋深松覆盖、苗后深松覆盖处理以及对照免耕无秸秆,分析了不同秸秆还田方式对玉米产量和效益以及抗旱效果的影响.结果表明:秸秆覆盖还田、碎混还田和苗后深松覆盖还田播种前土壤含水量较对照处理增加明显;秸秆翻埋还田、秋...     

基于ANSYS Workbench的齿梳拨刀式油茶果采摘机拨果及花苞损伤仿真研究

油茶果机械采摘中花苞损伤已成为行业亟待解决的问题。文章在ANSYS Workbench里建立了拨刀装置和油茶果及油茶花苞相互作用的三维模型,仿真分析了拨刀装置与油茶果及油茶花苞的相互作用情况,旨在揭示齿梳拨刀式油茶果机械采摘中花苞损伤机理,获得采摘中较优的拨刀参数。通过仿真分析,得到油茶果脱落的临界条件为拨刀初速度5 m·s~(-1)、加速度2 m·s~(-2),而油茶花苞脱落的临界条件为拨刀初速度3 m·s~(-1)、加速度2 m·s~(-2)。其次分析在不同初速度和加速度状态下拨刀装置对油茶花苞的损伤情况,油茶花苞受拨刀击打后的最大等效应力和应变随加速度的增加呈略微减小的趋势,油茶花苞X方向的最大应变随加速度的增加呈略微增加的趋势,Y、Z两个方向的最大应变随加速度的增加呈略微减小的趋势。当拨刀厚度变为原来的1.5倍、2.0倍、2.5倍和3.0倍时,油茶果脱落的临界拨刀初速度分别为3.4、2.5、2.0和1.7 m·s~(-1);油茶果脱落的临界加速度分别为1.3、1.0、0.8和0.7 m·s~(-2)。仿真结果表明,随着拨刀厚度增加,油茶果脱落的临界速度和加速度降低,实用性增强。     

玉米垄作免耕播种机新型切拨防堵装置的设计与试验

免耕播种机田间作业时,根茬堵塞是影响垄作免耕播种机作业效率和播种质量的主要因素,国内外现有破茬防堵装置种类繁多,但适合我国东北玉米垄作区的较少。针对东北保护性耕作区玉米秸秆覆盖量大,根茬粗壮不易破切,致使下茬作物免耕播种时易出现秸秆缠绕和根茬堵塞严重现象,设计一种与中小型玉米垄作免耕播种机配套使用的新型切拨防堵装置,并确定新型切拨防堵装置的主要结构配置。通过对清垄刀的运动学分析,建立清垄刀侧推速度和后拨速度的数学方程,分析得出清垄刀配置偏角与机具前进方向为30°时,可以满足保护性耕作的清垄要求;通过对破茬犁刀工作状况分析,取配置偏角为6°时,不仅可将玉米根茬的根上节劈开,还可为后续的播种开沟器提供一个良好的工作环境,有利于保持播种深度的均匀性。为确定该装置合理的作业参数,采用二因素三水平正交试验方法,以机具作业速度及配重为影响因素,以切茬深度和牵引阻力为评价指标进行试验研究,并进行田间验证试验。试验结果表明:当机组作业速度5km·h-1,配重113kg时,切茬深度为84.4mm,牵引阻力为0.96k N,能够有效切断并清除玉米根茬,创造良好的种床,动力消耗小。该研究可为东北保护性耕作区玉米垄作免耕播种机的整机改进设计提供理论参考。     

SGTN-180型旋耕埋草施肥联合作业机的设计与试验

针对现有秸秆还田机械存在的正转秸秆还田机械覆盖性较差、功能单一,需多次作业才能满足农艺要求;而反转秸秆还田机械刀辊前方壅土严重,功耗较大等问题,设计了SGTN-180型旋耕埋草施肥联合作业机。该联合作业机采用双辊配置:前辊正转,进行秸秆粉碎;后辊反转旋耕,完成秸秆翻埋和碎土作业的独特作业模式,有效提高覆盖性能和降低功耗;并设计有施肥装置,完成播种前土壤整备的联合作业。鉴定检测试验结果表明:该旋耕埋草施肥联合作业机可一次性实现秸秆粉碎还田、旋耕碎土、施肥等多项作业,具有较好的耕作质量:作业后,植被覆盖率94.8%、碎土率93.1%、耕后平整度0.4 cm、耕深稳定性97.2%,肥料在2~11 cm耕层内与土壤混合,呈条带状分布。     

秸秆还田机螺旋横刀优化设计与试验

【目的】针对秸秆还田机刀辊中螺旋横刀因切削阻力大、耕深不足影响秸秆掩埋效果的问题,开展螺旋横刀优化研究,实现秸秆旋埋作业功能。【方法】建立螺旋横刀作业过程的参数化模型,分析动态参数的变化规律,确定决定影响耕整性能的主要因素及取值范围。通过土槽试验,开展对螺旋横刀结构参数的二次曲面拟合分析和作业参数的三元二次回归分析。【结果】螺旋横刀结构参数最优组合为刀具宽度35 mm,前角50°;作业参数最优组合为前进速度0.72 m·s^-1,旋耕转速320 r·min^-1及作业深度174 mm。基于最优作业参数对结构优化前后的螺旋横刀进行田间对比试验,结果表明,在不降低秸秆埋覆效果的情况下功耗降低10.05%。该螺旋横刀主要依靠压埋的方式进行秸秆埋覆,当秸秆高度达到84.5 cm时,秸秆埋覆率为83.67%,适合高留茬柔性秸秆还田。【结论】解决了螺旋横刀现存问题,扩大了应用范围,为高留茬柔性秸秆地的耕整提供优质装备。     

摆动型水田株间除草装置设计与试验

针对水田株间除草装置伤苗率高、除草率低等问题,设计一种摆动型水田株间除草装置。阐述该装置的整体结构与工作原理,对其关键部件——偏心轮机构和除草弹齿进行理论分析与结构设计,结合弹齿往复开合运动与水稻种植农艺,分析除草弹齿运动过程与避苗系统工作机理。运用ADAMS软件,以机具前进速度和偏心轮转速为试验因素、覆盖率和入侵率为评价指标,采用2因素5水平二次回归正交旋转组合试验方法进行虚拟仿真试验。仿真结果表明:机具前进速度与偏心轮转速对覆盖率和入侵率有极显著(P<0.01)影响,机具前进速度为除草装置工作性能的主要影响因素,当机具前进速度为266.12 mm·s^-1、偏心轮转速为3.97 r·s^-1时,除草装置作业性能最优,覆盖率为85.70%,入侵率为5.62%。田间试验结果表明:当机具前进速度为270 mm·s^-1、偏心轮转速为4 r·s^-1时,除草装置的除草率为82.5%,伤苗率为5.1%,与仿真试验结果大体一致,所设计的除草装置能够满足水田株间除草农艺要求。     

秸秆不同方式还田对土壤理化性质的影响

针对东北地区玉米种植面积逐年增加,作为重要有机物料的玉米秸秆还田存在困难,为了探索适合黑土最佳还田方式以及还田量,开展秸秆还田对土壤结构及肥力影响的研究,明确秸秆不同还田方式对提高土壤肥力和改善土壤结构的效果,进行田间试验。结果表明:玉米秸秆耕层混拌1/2还田和1/3还田较其它处理降低土壤容重,增加土壤总孔隙和田间持水量明显,较对照差异显著;秸秆全量还田和秸秆全量还田添加腐解剂处理之间差异不显著。秸秆1/2还田和1/3还田较对照增加2.000mm土壤粒级团聚体,说明有机物料最佳还田方式有助于土壤大团聚体(0.250mm)的形成,形成良好土壤结构。秸秆还田各处理均可以增加土壤速效养分,对土壤pH进行调节,并且秸秆还田后大量有机碳源的投入给土壤微生物的生长提供了碳和能源,秸秆还田不同处理微生物量C和微生物量N都相应增加。秸秆耕层混拌1/2还田和1/3还田玉米的生育指标和产量好于其它处理,表明秸秆耕层混拌1/2还田和1/3还田较其它处理方式在改善土壤结构,提高微生物活性及土壤养分,增加作物产量方面表现出优势。     

棉秆切碎还田装置的设计与试验

为南方小面积田块棉秆切碎还田机设计了棉秆切碎还田装置。该装置由切割装置、扶秆装置、除茬装置组成,棉秆由扶秆装置喂入,从上至下依次被切断、除茬。将该装置挂接在土槽试验机上,对影响棉秆切割长度合格率、功耗和除茬率的主要因素,即机具前进速度、锯盘转速和导向槽口宽度进行了单因素试验和回归正交试验。结果表明:影响合格率与除茬率的因素大小依次为机具前进速度、锯盘转速、导向槽口宽度;影响功耗的因素大小依次是锯盘转速、机具前进速度、导向槽口宽度。利用规划求解进行参数优化,在棉杆长度合格率与除茬率分别不低于85%和90%的情况下,锯盘转速为860 r/min,机具前进速度为0.65 m/s,导向槽口宽度为60 mm时,功耗为5.91 k W。     

基于Pro/E的水田秸秆还田耕整机的设计与运动仿真

运用Pro/E软件设计了一种双螺旋刀辊组合的水田秸秆还田耕整机,能够一次性实现水田秸秆的翻埋还田、旋耕碎土、平地等多项功能.应用Pro/E软件中的机构模块对螺旋刀辊进行了运动学仿真,得到了刀辊转速一定时机组在不同前进速度下的4种不同运动轨迹,通过对运动轨迹的分析可优化机组工作的前进速度.