科技文摘

20210301带翼深松铲深松土壤扰动行为仿真与试验//DOI:10.25165/j.ijabe.20211401.5447揭示带翼深松铲深松土壤扰动行为有助于深入理解带翼深松铲与土壤的相互作用规律,进而为带翼深松铲的设计和优化提供基础。该研究综合利用离散元法和室内土槽试验,研究了带翼深松铲对土壤宏观和微观扰动过程的影响。结果表明:翼铲主要对其上方土壤的扰动范围和破碎程度产生影响;带翼深松铲的铲尖段、犁底层圆弧段、耕作层圆弧段、直柄段受到的牵引阻力分别占69.53%、25.22%、4.73%、0.52%;带翼深松铲对不同深度土壤的侧向扰动范围和破碎程度的影响由大到小依次为:耕作层、圆弧段犁底层、铲尖段犁底层;增加翼铲使圆弧段犁底层、耕作层、铲尖段犁底层土壤扰动面积分别增加47.52%、7.74%和4.59%,同时使总牵引阻力增加36%。与不带翼深松铲相比,带翼深松铲耕作后的土壤蓬松度、土壤扰动系数、地表沟槽宽度和犁耕比均不同程度的增加。离散元仿真与土槽试验结果基本一致,表明离散元仿真能够较为准确地模拟带翼深松铲的耕作过程。     

秸秆深施机设计及深施铲行进阻力的试验研究

【目的】为了解决我国秸秆焚烧、废弃、利用率低所带来的资源浪费和环境污染等问题.【方法】设计了秸秆深施还田机.该机能在秸秆还田作业的同时完成秸秆深施还田和土壤深松,并对其深施铲的行进阻力进行了正交试验研究.【结果】深施铲的行进阻力随着深施铲铲宽、土壤容重和深施铲入土深度的增大而增大,在这3个因素中深施铲入土深度对其影响最大,深施铲铲宽次之,土壤容重对其影响最小;深施铲铲宽与入土深度两因素之间的交互作用对深施铲行进阻力的影响显著(P0.05),深施铲铲宽与土壤容重、土壤容重与入土深度之间的交互作用对深施铲行进阻力无显著影响.【结论】研究结果可以为秸秆深施还田技术的深入研究,以及配套机械装备的研发提供参考.     

基于离散元法的双翼深松铲耕作行为的仿真分析

分析双翼深松铲耕作行为是探究双翼深松铲耕作机理和优化深松效果的前提。本文采用离散元法建立了双翼深松铲的耕作模型，分析了深松过程中土壤扰动、土壤运动及双翼深松铲的受力情况。结果表明：在双翼深松铲的工作过程中，各层的扰动程度从大到小依次为耕作层、犁底层和心土层；双翼深松铲对土壤的扰动呈“扇形”分布，对土壤的扰动作用主要体现在土壤抬升、土壤的破碎和不同层土壤的混合等方面，犁底层与耕作层的混合程度大于犁底层与心土层；土壤颗粒最大运动速度下各方向数值从大到小依次为z方向、x方向、y方向；双翼深松铲在0.8 m/s耕作速度、300 mm工作深度的工况下，其土壤扰动系数为63.9%，土壤膨松度为11.1%，地表平整度为22.43 mm；双翼深松铲受到的阻力主要来源于土壤对深松铲前进的阻碍作用，双翼深松铲向上抬升土壤也受到了一定的阻力，土壤对双翼深松铲的侧面挤压作用力较小。     

基于EDEM的双翼式深松铲设计与仿真试验

设计了一种由铲柄、铲翼及铲尖组成的双翼式深松铲,建立了基于EDEM离散元仿真模型,分析确定了双翼式深松铲主要工作参数及结构参数并进行仿真试验.结果表明,在试验范围内,双翼式深松铲耕作阻力F随铲翼翻土角γ及起土角α增大而增小,随耕作速度v先减小后增大.当双翼式深松铲铲翼翻土角γ取30°、起土角α取30°、耕作速度v取0.75 m/s时,双翼式深松铲耕作阻力F最小.土槽试验结果表明,双翼式深松铲作业时,土壤沿铲翼后部自动向内及后方迁移,土壤原地翻转,不堆积在侧边地表且两侧扰动小.     

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。     

深松作业效果试验及评价方法研究

【目的】分析单、双铲深松作业效果及评价方法,为提高耕作质量和减少能源消耗的深松作业提供决策依据。【方法】以箭形深松铲为对象,在模拟大田土壤环境的基础上,利用室内土槽研究了单、双铲深松作业效果及评价方法,提出了土壤硬度变化系数、土壤体积膨松系数、单位松土带宽度耕作阻力系数和土壤相互扰动系数等4个评价指标。【结果】(1)单、双铲深松作业后的平均土垄高度差分别为7.342cm和6.492cm,双铲比单铲的平均土垄高度差减少11.58%,说明双铲深松后的地表平整性优于单铲,且深松铲间距是影响土壤体积膨松程度的主要因素,其对深松后土壤形成的垄形与坑形有重要影响;(2)在土壤扰动区域内,当深松深度为3~17cm时,双铲作业的土壤硬度变化程度较单铲显著,当深度为17~30cm时,单铲作业的土壤硬度变化程度大于双铲;(3)深松单位松土带宽度时,双铲的平均耕作阻力为单铲的0.668倍,较单铲减少69.31N,双铲的能耗较单铲减少33.2%;(4)双铲的土壤相互扰动系数为1.170,深松铲布局方式对土壤扰动有重要影响。【结论】本研究结果有利于深入理解单、双铲的深松作业效果,促进符合节能减阻要求的深松机具的研发及田间作业机器系统的优化选用。     

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。     

凸圆滑切式减阻深松铲尖设计与试验

针对深松作业阻力大、功耗高的问题,基于滑切理论设计了1种具有凸圆弧形滑切刃的深松铲尖,建立了深松作业过程中,铲尖上表面滑切刃与土壤的切削模型,分析了刀片受力情况,并依据滑切产生因素,推导出刀片刃口曲线表达式。田间试验表明:拖拉机前进速度为4.1 km/h,深松铲耕作深度为250 mm时,凸圆弧形滑切刃深松铲牵引阻力较国标深松铲的牵引阻力平均下降12.08%,达到了降低深松作业阻力的目的。     

基于EDEM仿真与SolidWorks Simulation的凿式深松铲有限元分析

应用EDEM建立了凿式深松铲的土壤深松离散元仿真模型,并对其土壤深松过程进行模拟仿真,获得深松铲耕作阻力载荷数据,应用SolidWorks Simulation对深松铲进行有限元静力学分析,获得模型的应力分布及变形位移。结果表明,模型的应力集中主要位于深松铲尖与铲柄的连接处,且模型最大应力88.6 MPa,小于材料用应力,满足强度设计要求;同时,对深松铲进行恒幅疲劳分析,疲劳分析损坏百分比为1.668%,疲劳生命周期4.16万h,满足疲劳分析强度设计要求。     

不同耕作与秸秆处理模式对鲁西南潮褐土物理性状及玉米产量的影响

为评价两熟制条件下实施保护性耕作的可行性,探明鲁西南潮褐土合理耕层构建的最佳耕作方式,提高玉米产量,设置田间定位试验,研究免耕、常规旋耕、深松三种耕翻及不同秸秆处理方式组合对土壤物理性状及玉米产量形成的影响。结果表明:"深松+秸秆还田"耕作模式的松土保墒和玉米增产效果最好。与秸秆不还田处理下免耕和常规旋耕相比,秸秆还田条件下深松处理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%,玉米全生育期的土壤含水量提高8.1%～10.3%,土壤田间持水量增加3.6%～6.1%。秸秆还田配合深松处理下玉米穗长、穗粒数、千粒重等产量构成因素均有不同程度的改善,产量较秸秆不还田下免耕处理增产13.6%。因此,"秸秆还田+深松"耕作模式可作为本地区构建合理耕层结构、充分挖掘耕层潜力、提高玉米产量的推广技术。     

振动深松机的改进设计与试验研究

针对1SZ-460型振动深松机样机田间试验中出现的振动发生机构轴承应力过大易破坏,振动机构横梁弯矩大易变形等问题,对该振动深松机关键部件进行研究改进,设计新型振动深松机以满足生产需求。通过分析原样机振动发生机构及执行机构的运动过程,设计简支偏心轴式振动发生机构,优化执行部件和机架;通过分析不同形状深松铲松土效果和土壤耕作阻力,改进了深松铲柄;增加了施肥系统,以此减少机器进地次数及对土壤的压实,提高作物产量。田间试验结果表明：新型振动深松机较不振动深松,降低牵引阻力7%～17%,提高工作效率11.1%～16.2%。该新型振动深松机适于玉米等作物的苗前及苗期深松施肥作业。     

1GZ-4型耕耘整地复式作业机深松装置的试验研究

通过对弹性弯曲铲柄式深松装置和直铲柄式深松装置的实地测试,对试验数据结果进行了记录、分析、整理.最终证明了弹性弯曲铲柄式深松装置在碎土性、防拥堵等方面性能都要优于直铲柄式深松装置,因此,更适合于耕耘整地作业.     

船形铲式蔬菜种植开沟器的设计

根据开蔬菜种植沟的农艺要求,创新了船形铲式开沟器的结构和工作原理,确定了入土角、入土隙角、铲头张角、铲刃最小半径、船头前倾角、铲头长度、船身长度为作业性能影响参数。在根据性能参数值绘制开沟器的型线图的基础上,用UG软件设计了一种船形铲式蔬菜种植开沟器,并对开沟器进行了作业曲面的光顺性检查改进和开沟过程中受力性能的有限元分析优化,最后3D打印出开沟器模型以供评测和指导量产。     

深松机具与耕作阻力

本文分析了影响深松机具牵引阻力的因素。深松作业的牵引阻力与作业速度的平方以及松土深度成正比。铲头形状影响切土、碎土阻力,铲柄形状影响土壤惯性阻力、土壤与铲柄的摩擦阻力及碎土阻力。在粘土地上,园孤形铲柄较前倾直线形铲柄的牵引阻力小,但在沙壤土中,则前倾45度的直线形铲柄较园孤形铲柄的牵引阻力小。因此,应根据土壤类型合理选用深松部件的形状以减小牵引阻力。     

垄膜沟播与秸秆还田对内蒙古黄土高原玉米农田土壤水分、酶活性及产量的影响

为明确全覆膜垄膜沟播种植和秸秆还田措施下玉米农田土壤保水改土效果及增产效应,在内蒙古黄土高原旱作区对比分析了全覆膜垄膜沟播结合秸秆还田（S+M）、秸秆还田（S）、全覆膜垄膜沟播（M）、秸秆不还田不覆膜（CK）4种不同耕作方式下土壤水分、酶活性变化规律及玉米产量形成特性。结果表明：全覆膜垄膜沟播种植和秸秆还田均能提高玉米各生育阶段0—100 cm土层土壤含水量,尤以0—20 cm土层土壤含水量差异最为显著,且全覆膜垄膜沟播种植提升效果优于秸秆还田,两者耦合后土壤含水量表现为最大;垄膜沟播和秸秆还田均可显著提高土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性,且随玉米生育期推移,土壤酶活性呈先增加后降低趋势,在大喇叭口期达到峰值;同时,垄膜沟播和秸秆还田均能提高玉米干物质量和产量,由高到低次序为S+M＞M＞S＞CK,与CK相比,S、M、S+M处理玉米产量分别提高11.84%、37.83%、45.13%,全覆膜垄膜沟播结合秸秆还田明显优于其他处理,可作为内蒙古黄土高原旱作区玉米节水增效增产栽培模式。     

全膜双垄沟播玉米秸秆膜下带状还田模式对土壤水分和玉米产量的影响

[目的]研究全膜双垄沟播玉米秸秆膜下带状还田模式对土壤水分和玉米产量的影响。[方法]在陇东旱塬区,设计6个处理,研究全膜双垄沟播玉米秸秆膜下还田对玉米农艺性状、产量和土壤水分利用效率的影响。[结果]地表覆盖2 cm还田后玉米农艺性状、生物产量和水分利用效率较全膜双垄沟播不还田显著降低。玉米秸秆膜下带状还田较不还田玉米农艺性状尤其是株高、茎粗有一定的降低,籽粒产量降低0.40%~7.42%,但差异不显著,生物产量显著降低,但经济系数差异不显著。全膜双垄沟播玉米秸秆膜下还田各处理对玉米生长期耗水量和土壤水分利用效率无显著影响。[结论]该研究为采用全膜双垄沟播技术进行秸秆还田提供理论依据。     

耕作方式和有机肥对风沙土区玉米产量的影响

[目的]研究耕作方式、施用有机肥对玉米产量的影响。[方法]以黑龙江省大庆市杜尔伯特蒙古族自治县农业科技园区为平台,设置5种耕作方式(免耕、常规翻耕、深翻打破犁底层、深翻和超深翻)和3种施肥方式(化肥、化肥配施秸秆还田和化肥配施有机肥),测定玉米产量、土壤贯穿阻力、土壤容重、土壤三相结构距离R值和渗透速率。[结果]仅依靠改变耕作方式来调整土壤的物理性状,对提高玉米产量的贡献不大。在相同耕作方式下,与化肥处理相比,化肥配施有机肥可使玉米增产19.2%~32.9%;且比秸秆还田处理增加7.4%~189.0%。总之,在东北风沙土区,施用有机肥是提高玉米产量最有效的方法之一,而秸秆直接还田效果不理想;从耕作方式来看,常规翻耕20 cm是最优耕作方式。[结论]东北风沙土玉米产区最适合在施用有机肥条件下,进行20 cm翻耕作业。     

深松结合秸秆还田对黑土孔隙结构的影响

【目的】东北黑土实施深松结合秸秆还田对土壤孔隙结构影响的研究缺乏明确性结论，为此开展本研究，旨在研究深松结合秸秆还田对黑土结构的影响机制，为合理耕层创建提供科学依据。【方法】利用在东北典型黑土区——黑龙江省绥化市青冈县开展的5年田间定位试验为平台，设置农民常规耕作（FP）、单独深松25 cm(T2)、深松25 cm结合秸秆还田（T3）和深松35 cm结合秸秆还田（T4）等处理，采用CT扫描技术开展土壤孔隙结构可视化和定量化研究，并结合田间持水量和容重等指标，探究深松结合秸秆还田对黑土孔隙结构的影响。【结果】通过土壤孔隙二维和三维图像可以清晰看出，各处理0—20 cm土层孔隙分布均明显少于20—40 cm土层，深松结合秸秆还田（T3、T4）的孔隙分布明显多于FP，增加了结构更为复杂的大孔隙。定量化分析表明，相较于FP，单独深松25 cm(T2)显著提高20—30 cm土层总孔隙度103.0%(P<0.05)，主要通过显著提高小孔隙（孔隙直径d≤0.50 mm）孔隙度91.3%和中孔隙（0.50 mm相似文献   

玉米整秆深埋还田试验

辽西旱地土壤存在"旱、薄、瘦"三大问题,为了探索开深沟、秸秆还田、地膜覆盖技术对提高土壤含水量和增加玉米产量的作用,在辽宁省凌源市进行了整秆深埋还田起垄覆膜玉米种植试验。试验设整秆深埋还田起垄覆膜和开深沟不埋秸秆起垄覆膜2种模式,通过测定不同时期土壤含水量、收获期玉米生育指标和产量指标,采用方差分析对数据进行了对比分析。结果表明,整秆深埋还田起垄覆膜技术可以显著提高玉米生长期间的土壤含水量,玉米生长指标显著改善,增产显著。