秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验

为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力,可切割土壤完成开沟作业。利用Matlab对螳螂前端足进行二值化、膨胀、边缘坐标处理得到仿生开沟刀,使用离散元软件EDEM对设计出的仿生开沟刀和普通开沟刀进行仿真对比,并对仿真结果进行土槽试验验证。试验分析结果表明,相比于普通开沟刀,仿真开沟刀在开沟过程中可减少9.48%的阻力。利用Design-Expert 8.0软件的二次正交旋转组合试验设计结合响应面法,分别建立秸秆深埋率和工作效率与机具前进速度、秸秆深埋深度和秸秆覆盖量的回归数学模型。通过分析表明,各因素对秸秆深埋率的影响由大到小依次为：秸秆覆盖量、秸秆深埋深度、机具前进速度;各因素对工作效率的影响由大到小依次为：机具前进速度、秸秆深埋深度、秸秆覆盖量;交互作用中,秸秆深埋深度和秸秆覆盖量、机具前进速度与秸秆覆盖量对工作效率影响显著。经过优化求解,在深埋率权重为0.7、工作效率权重为0.3的情况下得到开沟装置最佳工作参数,在机具前进速度为1.63m/s、秸秆深埋深度为27.97cm、秸秆覆盖量为340.54kg/hm2时,秸秆深埋率为90.491%,工作效率为5.4hm2/h。     

水稻秸秆反旋深埋滑切还田刀优化设计与试验

针对水稻秸秆深埋还田时,还田刀作业功耗过高和缠草的问题,结合还田机作业过程,分析还田刀功耗过高和缠草的原因,设计了一种反旋深埋滑切还田刀。使用阿基米德螺旋线设计还田刀侧切刃,提高还田刀的滑切性能,计算并验证侧切刃曲线的动态滑切角满足土壤-秸秆滑出还田刀的条件,使用圆弧曲线设计还田刀正切面,以耕宽和正切面安装角为依据确定圆弧半径为60mm。运用离散元仿真软件EDEM进行了反旋深埋滑切还田刀与传统还田刀的仿真对照试验,结果表明反旋深埋滑切还田刀的秸秆还田率、抛土性能与传统还田刀基本一致,作业功耗降低18.19%,选取留茬高度、刀辊转速和机具前进速度为影响因素,选取作业功耗为评价指标进行正交试验设计,确定影响还田机作业功耗的因素从大到小依次为：刀辊转速、机具前进速度、留茬高度。田间试验结果表明：在土壤含水率为20%~30%,地表秸秆覆盖量为336~353g/m2,拖拉机作业速度为低速一挡（1.5km/h）,刀辊转速为250r/min时,秸秆深埋滑切还田刀作业后,平均耕深为18cm左右,秸秆还田率为87.9%~89.7%,地表平整度为2.1~3.7cm,作业指标均满足秸秆还田的农艺要求。     

秸秆深还开沟合垄施肥机设计与试验

机械化秸秆深埋还田集秸秆深埋、化肥深施技术于一体,对构建土壤水库、肥库、碳库和提高玉米产量具有重要作用,为彻底解决玉米秸秆焚烧造成的环境污染提供了重要的技术支撑。为此,对深耕合垄施肥机进行了设计和试验。该机可实现深开沟、化肥深施及起垄整垄联合作业,配合玉米联合收获机作业可实现秸秆深埋还田。田间试验结果表明:该机开沟参数和起垄参数符合秸秆深埋还田农艺要求;当开沟深度在30~40cm时,该机作业阻力在25~30k N变化,还应进一步优化工作部件结构以减小作业阻力。种植试验结果表明:机械化秸秆深埋还田种植玉米每公顷增产率为10.59%,增产效果显著。     

玉米秸秆深埋全量还田机输送装置研究

为了解决玉米秸秆深埋全量还田机在秸秆输送过程中发生过长的秸秆堵塞、潮湿的秸秆和搅碎土块堵塞风机等弊端。对玉米秸秆深埋全量还田机输送装置的输送拨齿、输送链传动重新设计。确定了该装置结构及输送角度,是对玉米秸秆深埋全量还田机输送装置的改进。该装置成本低,工作稳定,实用性强,提高了整机作业效率。     

玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:螺旋开沟器的最佳工作参数组合为:前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明:秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。     

秸秆粉碎集中全量深埋还田机设计与试验

针对我国玉米秸秆量大,生产应用的还田机具还田深度浅,存在影响后续播种、出苗质量、病虫害发生率高和深层土壤“碳饥饿”等问题,设计了一种秸秆粉碎集中全量深埋还田机,可一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送、深松开沟、集中遁注掩埋和碎土镇压等作业,在有效减少土壤扰动下能够将多行站立或粉碎后秸秆集中埋入地表下一条深380～400mm的沟内。阐述了秸秆粉碎集中全量深埋还田机整机结构及工作原理,对秸秆螺旋输送装置、抛压风机、深松开沟遁注装置和传动系统等关键部件进行了设计与计算,初步确定了螺旋输送装置与抛压风机转速、风机出料口尺寸和遁注体截面形状参数,并对抛压风机与遁注体腔体内部进行了流场模拟分析与验证。按照设计要求对秸秆粉碎集中全量深埋还田机进行了试制,并进行了机具性能与大田定位试验,结果表明：在作业速度3km/h时,秸秆捡拾率为90.8%,开沟深度与秸秆掩埋深度均值分别为394mm与200mm,开沟深度与秸秆掩埋深度稳定性系数分别为97.4%和92.5%,各项指标与设计值相符,且满足农艺要求。同时大田定位试验结果表明,秸秆集中深还田与传统还田相比,0～200cm土壤贮水量提高29mm,20～40cm土层有机碳、全氮和速效磷养分含量分别增加7.14g/kg、0.59g/kg、1.53mg/kg,有效增加了土壤养分含量,提高了深层土壤肥力与贮水能力。     

水稻秸秆深埋整秆还田装置设计与试验

针对目前我国水稻秸秆还田机械普遍存在的耕作深度浅、秸秆还田深度不满足农艺要求、旋耕部件缠草严重等问题,运用旋耕理论和数值计算分析方法设计了水稻秸秆深埋整秆还田装置。根据实际情况对土壤颗粒进行假设,运用离散元法建立土壤颗粒力学模型,应用EDEM软件进行整秆还田仿真虚拟试验,仿真结果表明,耕深在20 cm时,土壤表层覆盖率为93.87%。通过土槽台架试验得到:在作业速度为1.25 km/h、刀辊转速为237 r/min时,耕深可达到22 cm,地表以下15~20 cm翻埋的秸秆占秸秆总量的80%,秸秆还田率为91.63%,同时刀辊轴不缠草。试验结果表明,秸秆还田深度达到水整地环节的要求,秸秆还田率较高。通过虚拟仿真和台架试验相互验证,证明新型整秆还田装置一次作业可实现切土、碎土、埋草、压草及覆土的功能,满足农艺要求。     

玉米秸秆与土壤混合物料成型装置性能及试验研究

目前，黄淮海地区玉米秸秆主要实行粉碎掩埋还田的处理方式，针对还田后出现的病虫害且影响小麦生长问题，提出了一种秸秆全量还田的处理方式，即将玉米秸秆和土壤按一定比例形成混合物料，通过成型装置将其挤压成圆柱型，并可结合开沟掩埋机构与秸秆腐解和防病虫药剂来实现秸秆深埋还田处理，使秸秆与小麦种床分离。因此设计了玉米秸秆还田机的核心部件，即混合物料成型装置，其包含5片螺旋叶片且螺距渐变并成阶梯状排布，经螺旋推进可以将混合物料挤压成圆柱型。物料成型出料速率和过程中功率消耗是其核心部件的重要指标，为了验证其性能，基于该装置设计了成型装置试验平台，由传送带、搅龙成型机构及支架、5.5kW交流电机、物料输出平台和测试仪器(钳流计、转速仪、秒表、尺子等)构成。初步试验表明：当以混合物料挤压成型出料速率为参考指标，则物料含水率为20%,螺旋轴转速为397r/min,喂入量为210kg/min时，出料速率达到了最大；当以混合物料成型过程中功率消耗为指标，则物料含水率为23%、螺旋轴转速为477r/min、喂入量为180kg/min时，功率消耗最小。对出料速率和功耗2个指标进行了归一化处理，按照6∶4的权重分配，...     

直注式秸秆捡拾粉碎深埋机设计与试验

为提升秸秆深埋质量,针对秸秆深埋过程中秸秆捡拾效果差、输送方式单一、输送效率低、深埋率低等问题,提出一种直注式秸秆深埋还田方法,设计了直注式秸秆捡拾粉碎深埋机,阐述了整机结构和工作原理。对关键部件进行了设计分析,设计了无护圈式捡拾装置,分析了捡拾装置各个运动阶段与弹齿的运动轨迹,确定了4个运动阶段所对应的相位角;设计了以运秸螺旋输送器和运秸叶片为主的机械输送装置、以抛秸风叶和运秸导管为主的气力输送装置。对秸秆输送量进行分析,明确了运秸螺旋输送器结构参数,得出了运秸螺旋输送器最低转速;对运秸叶片和抛秸风叶进行了动力学分析,确定了运秸叶片和抛秸风叶结构,明晰了影响秸秆输送效果的关键因素为机具前进速度、运秸螺旋输送器转速、抛秸风叶转速、运秸叶片倾角和抛秸风叶倾角,并确定了影响因素范围。仿真试验结果表明,机具前进速度和运秸螺旋输送器转速存在交互作用,最佳作业参数：机具前进速度为3km/h、运秸螺旋输送器转速为1200r/min和抛秸风叶转速为1600r/min。田间试验结果表明,平均秸秆捡拾率和平均深埋率分别为91.02%,90.03%;运秸导管出口处风速和作业扭矩分别为1.78～26.83m/s、61.55～214.78N·m,各工作部件运行稳定,满足秸秆深埋还田作业要求,为秸秆深埋还田机研发和改进提供了依据。     

秸秆粉碎还田回收机性能优化试验

采用新型秸秆粉碎还田回收机作为试验样机,通过一系列正交试验和理论分析,用直观分析法和方差分析法揭示了影响秸秆粉碎还田回收机性能的主要因素,与实际生产相结合确定了最优的参数组合,为整机的设计提供了依据。     

移动式致密成型机秸秆含水率控制系统研究

针对秸秆致密成型机田间作业时因秸秆含水率较低而导致秸秆颗粒裂纹较大、品质差、成型率低等问题，构建了含水率控制模型，提出了一种基于SSA-Smith-LADRC的致密成型机秸秆含水率控制系统。该系统采用Smith预估器解决时滞问题，同时采用麻雀搜索算法(SSA)优化线性自抗扰控制器(LADRC)参数，达到含水率的精准调控。仿真试验表明：SSA-Smith-LADRC控制无超调，调整时间为1.53 s,含水率控制系统稳定后，受干扰恢复的时间为0.62 s,再次恢复稳态后，无振荡现象。场地试验表明：系统无超调，最大误差为2.0%,平均误差为1.5%。田间试验表明：正常作业不进行秸秆含水率调控时，秸秆颗粒成型率较低，为62.4%;人工经验控制秸秆含水率时，含水率误差变化较大，平均误差为9.83%,成型率为82.1%;含水率控制系统调控时，含水率变化的平均误差为2.82%,成型率为93.4%;SSA-Smith-LADRC相比于Smith-PID,调整时间缩短4.05 s,超调量缩小86.5%,最大误差缩小42.0%,最小误差缩小50.8%,均方差缩小60.2%。本文提出的含水率调控系统，可有效...     

浅谈秸秆的综合利用

农作物作物秸秆中含大量的碳、氮、磷、钾、钙、镁、硫和硅等多种营养元素,同时富含纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质等有机物质,是一种可以资源化利用的"固体废弃物资源".通过秸秆还田、饲料化、栽培食用菌、秸秆制沼与工业化利用等途径,可实现秸秆的资源化利用,保护农村生态环境,促进农业的生态化发展.     

基于小型秸秆圆捆机的秸秆摩擦特性研究

针对水稻与甘蔗秸秆利用小型秸秆圆捆机收集打捆效率低的现状,研究了圆捆机卷捆室内打捆的情况,为圆捆机的结构改进提供必要的理论和技术依据。秸秆能否在卷捆室顺利形成草芯主要涉及辊子与秸秆的摩擦因数的问题。为此,利用自制的滑动摩擦因数测试装置,对秸秆进行摩擦特性试验研究,采用三因素三水平的正交旋转组合试验设计方案,探究秸秆含水率、取样部位以及滑板材料3个变量因素对摩擦因数的影响规律。结果表明:含水率对稻秆影响最大,滑板材料对甘蔗叶影响最大,3种滑板材料都是与橡胶的摩擦因数最大。由此得出:小型圆捆机卷捆室内下半部分辊子可以考虑选用橡胶沿着钢辊锯齿形凸起表面贴紧的方式,这种胶辊对快速形成草芯更有利。     

秸秆深施还田机设计及其深施量的试验研究

为缓解我国秸秆焚烧及废弃所带来的资源浪费和环境污染等问题,设计了秸秆深施还田机,可一次完成秸秆捡拾、切碎和深施还田作业。同时,对其秸秆深施装置的秸秆深施量进行了正交试验研究,试验结果表明:秸秆含水率对秸秆深施量影响较大,深施螺旋转速次之,秸秆长度影响较小;秸秆深施量随深施螺旋转速的增大而增加,随秸秆长度和秸秆含水率的增大而减少。在该试验条件下,深施螺旋转速为540r/min、秸秆含水率为1 0%、秸秆长度为5 mm时,秸秆深施量最大。     

农作物秸秆综合利用技术推广研究

农作物秸秆是当今世界仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源.目前,秸秆综合利用技术是国家重点推广实施的环境保护和资源利用技术,主要有秸秆还田、制造建材与工业用途、秸秆气化及发电等.我国对秸秆的综合利用尚处于初始阶段,需要加大科研力度,加强农作物秸秆综合利用的推广工作,促进农业可持续发展.     

农作物秸秆综合利用技术推广研究

农作物秸秆是当今世界仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。目前,秸秆综合利用技术是国家重点推广实施的环境保护和资源利用技术,主要有秸秆还田、制造建材与工业用途、秸秆气化及发电等。我国对秸秆的综合利用尚处于初始阶段,需要加大科研力度,加强农作物秸秆综合利用的推广工作,促进农业可持续发展。     

环模秸秆压块机秸秆压缩力试验研究

试验采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合设计法,以水稻秸秆和稻壳为原料,主轴转速、含水率、稻壳含量和秸秆长度为试验影响因子,秸秆压缩力为试验指标,利用9JYK-2000A型环模秸秆压块机进行秸秆压缩力试验研究。结果表明:当主轴转速为170r/min、含水率为20%、稻壳含量为30%、秸秆长度为15mm时,秸秆压缩力有最佳值为20.407k N;各因素对环模秸秆压块机秸秆压缩力贡献率主次顺序依次为:含水率秸秆长度稻壳含量主轴转速。试验验证可知:该组合下试验值与试验模型预测值之间相对误差平均值为1.9 4%,可以为环模秸秆压块机压缩机理研究和分析提供必要的参数依据。     

东北稻区不同秸秆还田模式机具作业效果研究

水稻秸秆还田是培肥地力、增产增效的重要方式。东北稻区存在秸秆量大、收获时秸秆含水率低、切碎抛撒难等问题,既影响秸秆还田质量,又进一步影响后期耕整地和插秧作业质量,亟需研究适用于东北稻区的机械化秸秆还田模式,改善秸秆还田和耕整地作业质量,支撑水稻秸秆还田技术的应用。本研究在黑龙江省七星农场开展机械化秸秆还田试验,共设4种模式,即：对照CK（秸秆不还田,秋翻+春搅浆）、还田处理1（秸秆还田,秋翻+春搅浆）、还田处理2（秸秆还田,秋翻、秋旋+春平地）、还田处理3（秸秆还田,秋旋埋+春平地）。试验选取不同模式各作业环节的配套机具,并监测不同模式的秸秆还田和耕整地机具作业效果。2年的试验检测表明,3种秸秆还田模式均能实现秸秆全量还田,并满足水稻插秧前的地表作业要求,能够保证正常的插秧作业和水稻返青。其中,还田处理3的综合还田效果相对最优,能实现较好的地表平整度、泥浆度和植被覆盖率;还田处理2与还田处理1相比,增加秋季旋耕作业,春季改用无动力平地作业,2年的数据尚未显示能显著改善插秧前地表状况。     

秸秆与沼肥同步翻埋还田对秸秆腐解特性的影响

为探讨秸秆和沼肥同步翻埋还田对秸秆腐解的影响规律,在室温条件下,105 d试验周期内,采用网袋法模拟翻埋还田,系统研究添加沼肥和自来水对秸秆腐解的影响,以及添加沼肥后不同土壤类型和不同秸秆长度对秸秆腐解过程各主要参数的影响规律。结果表明,沼肥对秸秆腐解具有显著的促进作用,添加自来水组的秸秆降解率为33.61%,而添加沼肥组的秸秆降解率则达到42.37%;配施沼肥后,秸秆的降解主要集中在前70 d,试验结束时各试验组的秸秆降解率均高于42%,秸秆长度20 mm试验组的秸秆降解率高于10 mm秸秆,试验结束时20 mm试验组的秸秆降解率达到52%;秸秆长度对半纤维素的降解影响较明显,而土壤类型则对纤维素和木质素降解具有较显著的影响。