反转旋耕刀正切面分析及参数选择

为提高反转旋耕刀的性能，根据旋耕刀运动的特点，从旋耕刀几何学及切削角度方面出发，对反转旋耕刀正切面角度及对磨刃面的影响进行了分析。提出：由于反转旋耕时旋耕刀的变隙角小于正转旋耕，使得反转旋耕刀的切土角和隙角大于正转旋耕刀；在同样结构参数、运动参数及切土条件下，反转旋耕刀的安装角应比正转旋耕刀小一些；反转旋耕时，刀辊转速宜取高一些。由于上述原因，会造成反转旋耕刀的切土阻力较大。     

基于最小二乘法对旋耕后秸秆和土壤位移研究

目前,对留茬小麦的田间耕作方式主要有两种,一种是直接利用反旋对其进行耕作,另一种先对其根茬进行灭茬,然后采用正旋耕作。本文针对两种作业方式以及不同的速比,采用同位素示踪法进行试验,并运用最小二乘法对作业后秸秆和土壤位移数据进行处理,最后根据该方法探讨了各速比下两者运动情况以及位移量的变化趋势。反旋作业下,土壤和秸秆位移受机具扰动较大,两者位移变化量分别为30～50 cm和25～55 cm,随着速比增加,土壤位移变化趋势为逐渐递减,秸秆位移变化趋势与土壤基本相同;正旋作业时,土壤和秸秆的位移变化量为30～40 cm和25～55 cm,随着速比增加,两者位移变化趋势均为先减后增。根据最小二乘法推对其位移变化进行线性和非线性描述,由LSD检验可知,纵向的秸秆和土壤位移变化,正旋作业时各速比下均无显著性差异,而在反旋作业时,均为线性递减,速比2是分界点;横向秸秆无论在正旋还是反旋作业,均无表现明显的差异。同理,根据该方法可以推导出未知速比下位移变化方程,从而更好了解秸秆和土壤的分布,以及秸秆腐解后土壤肥力分布状况,进而指导农业耕作和生产。     

稻麦秸秆旋耕作业中受力与位移分析

常见稻麦秸秆在实际作业过程中与刀具作用发生2种变形:挤压秸秆发生弯曲变形和剪切秸秆发生剪切变形,根据2种变形设置弯曲试验和剪切试验,分别测试15~30 mm/min加载速率下弯曲强度和剪切强度。试验结果表明,小麦秸秆抗弯强度随着加载速率增加而减小;水稻秸秆抗弯强度随着转速增加,表现为先增加后减小。小麦秸秆剪切强度随着加载速率增加,表现为先增加后减小;水稻秸秆剪切强度随着加载速率增加而增加。其次在田间试验中,根据2种变形设置横纵向秸秆以及180~280 r/min的刀轴转速,并对其反旋作业。采用同位素示踪法,即根据标记秸秆前后坐标变化值来代替机具在幅宽范围内纵横向秸秆的位移变化,将得到的标记点坐标在三维坐标系中用Matlab绘制成曲线,该曲线形状与旋耕刀片在刀轴上排列相似。耕作后位移和坐标结果表明:水稻秸秆位移大于小麦秸秆位移,水稻秸秆标记点位移变化较小麦秸秆标记点位移变化均匀;2种秸秆排列方式对应2种分布情况:纵向标记秸秆坐标在X轴上以零点对称分布,横向标记秸秆坐标在X、Z轴上两侧对称分布。基于以上因素考虑,实际作业中,选择刀轴转速230 r/min以及改变秸秆在田间排列方式,以使秸秆还田效果达到更佳。     

正转旋耕土壤破碎情况的研究

测量了不同工况下的正转旋耕机耕作后土壤的质量百分比，获得了对应的土壤破碎的分形维数。结果表明：耕后地表土块尺寸的分布是一种分形，此分形维数可作为评估旋耕碎土质量的一项重要指标。     

秸秆-土壤-旋耕刀系统中秸秆位移仿真分析

秸秆-土壤-旋耕刀之间的相互作用机理对于分析耕作过程有着重要作用。为研究秸秆-土壤-旋耕刀的宏观及微观相互作用,对系统中的秸秆位移进行了仿真分析。首先建立了秸秆-土壤-旋耕刀相互作用的三维离散元模型;其次,对仿真结果与室内土槽实验结果进行对比分析,在土槽实验中采用示踪器方法测量秸秆位移;仿真中导出每个时刻的秸秆位置用来描述秸秆仿真位移;最后,利用仿真数据对秸秆位移进行三维分析。实验和仿真都在恒定前进速度0.222 m/s和耕深100 mm及4种转速(77、100、123、146 r/min)下进行。实验与仿真结果皆显示秸秆位移随着转速增加呈现增加的趋势;秸秆的水平运动位移总是大于同转速下的侧向位移;高转速下的实验与仿真位移误差约为40%,低转速下为70%。利用拟合的误差方程和仿真值可以估算秸秆的水平和侧向位移值,估算值与实验值误差为8.7%和9.3%。通过追踪不同位置的秸秆颗粒发现:初始位置不同的秸秆颗粒具有不同的运动:位于正切刃内侧的秸秆在刀刃切开土壤时,沿正切刃边缘滑出;而位于侧切刃下方的秸秆在开始时被侧切刃挤压随刀刃一起运动,而后随土壤一起被抛起;远离旋耕刀工作范围的秸秆,则因受土壤扰动影响而仅有微小的位移。紧靠侧切刃及过渡刃周围的秸秆颗粒在考察时间段内被直接旋耕入土。可以利用秸秆的垂直方向受力情况,优化旋耕刀刃口曲线提高秸秆在旋耕过程中直接入土的比例;还可以整合秸秆水平和侧向位移及分布,寻找最优工作参数使秸秆在3个方向都能均匀分散,从而提高秸秆分布均匀度。     

秸秆-土壤-旋耕机交互下秸秆位移与埋覆效果研究

分析秸秆-土壤-机具之间的交互关系,明确秸秆运动规律及分布效果,对秸秆管理及耕作机械优化设计具有重要的作用。为探究秸秆-土壤-旋耕机交互下的关键作业参数对秸秆位移和埋覆效果的影响,利用Design-Expert软件,根据Box-Behnken试验原理进行了室内土槽试验。以旋耕埋草作业中的秸秆长度、耕作深度、刀轴转速为影响因素,以秸秆位移和埋覆率为指标进行三因素三水平的二次回归正交试验。通过建立响应面数学模型,分析了各因素对旋耕埋草效果的影响。试验结果表明：影响秸秆埋覆率和位移的主次顺序为耕作深度、秸秆长度、刀轴转速;秸秆长度与耕作深度交互作用对秸秆埋覆率和位移影响显著,其余参数交互作用不显著。多目标优化结果表明：当秸秆长度为5 cm、耕作深度为14.99 cm、刀轴转速为320 r/min时,埋草效果最优,其对应指标秸秆埋覆率与位移分别为95.5%和27.6 cm。利用优化后的参数进行试验验证,秸秆埋覆率与位移分别为93.3%和28.1 cm。研究结果可为旋耕埋草作业参数调整提供参考,为秸秆-土壤-机具交互机理研究提供理论支撑。     

正反转旋耕灭茬机刀片的功耗分析

旋耕机是一种应用非常广泛的耕耘机械.人们目前使用的大部分都是正转旋耕方式和正转刀片,对反转旋耕方式及其刀片的研究相对较少,并且对其中的一些性能和适用条件尚未完全了解.为此,分析了旋耕过程中不同的旋耕方式对于旋耕功耗以及各种负荷的影响,提出了在一定渠道条件下的旋耕方式,为设计出合理的刀片形状提供理论依据.     

玉米苗带秸秆还田旋耕施肥播种机设计与试验

为解决麦茬地小麦收获后留茬高、秸秆覆盖量大而导致的土地板结、整地质量差、出苗不整齐和全幅灭茬、整地动力消耗大等问题,设计了一种新型苗带秸秆还田旋耕施肥玉米播种联合作业机,可一次完成苗带秸秆还田、苗带旋耕、施肥、播种和覆土镇压等多道工序。田间性能试验表明:该机结构合理,通过性良好,秸秆粉碎长度小于10cm的达到90%以上,播种深度、施肥深度变异系数分别为21.5%、19.8%,粒距变异系数为27.7%,播种机作业性能满足设计要求。     

伸缩指杆式玉米秸秆旋耕掩埋机设计与试验

针对黄淮海小麦、玉米两熟区玉米秸秆全量还田后,现有旋耕整地作业存在表层土壤土秆混合秸秆量大、影响后续小麦播种质量的问题,设计了一种伸缩指杆式玉米秸秆旋耕掩埋机。通过偏心伸缩指杆组先接触秸秆,并低速近抛秸秆,旋耕刀后接触已被清理秸秆的土壤,并高速远抛土壤覆盖秸秆,实现“秆下土上”分离掩埋。对秸秆旋耕掩埋机的旋耕刀、伸缩指杆进行运动分析,确定了旋耕刀和伸缩指杆速度的关系,完成了偏心伸缩指杆组、栅栏、压秆齿等关键部件的结构和参数设计,并运用多体动力学RecurDyn软件对旋耕刀、伸缩指杆和压秆齿端点的运动轨迹进行追踪,分析了三者端点速度和角速度的变化规律,仿真结果表明速度和角速度变化规律与理论分析一致。对秸秆旋耕掩埋机和普通旋耕机进行了田间对比试验,测定地表50mm以下的秸秆掩埋率,结果表明：秸秆旋耕掩埋机的秸秆掩埋率为83.25%,比普通旋耕机提高了10.05个百分点。     

反转灭茬旋耕施肥播种机秸秆全量还田旱直播水稻试验

反转灭茬旋耕施肥播种机是一种多功能多重复合作业机械．它由一个通用反转灭茬机平台、与之配套的播种装置、与之配套的深施肥装置组成。反转灭茬机平台与施肥播种装置组成后可完成旋耕、施肥、播种复合作业．留全量秸秆．通过该机一次性作业能够完成旋耕深施肥复合作业．     

基于复合指标与测试技术的旋耕秸秆还田质量评价研究

秸秆还田是土壤培肥与丰产增效的重要技术途径,对农业可持续发展具有重要的现实意义.但目前针对秸秆还田作业质量的测试评价研究仍十分有限,尤其缺乏耕整作业后的秸秆在土壤各层空间分布效果的综合定量评价.以生产环节的旋耕秸秆还田质量评价为例,利用2D数字图像法、3D逆向工程技术和Matlab计算模块等现代信息技术构建了一套秸秆还...     

秸秆覆盖与表土耕作对东北黑土根区土壤环境的影响

为探索秸秆覆盖模式及表土耕作方式对东北黑土根区土壤环境调控效应,设置浅松覆盖(STS)、免耕覆盖(NTR)、浅松覆盖+压实(SCTS)、免耕覆盖+压实(NCTR)及翻耕秸秆不还田(对照TC)5个处理,分析其对黑土区土壤水、热、养分及物理特性时空动态变化的影响。结果表明:相对于传统耕作,秸秆覆盖与土壤压实结合可改善土壤物理结构,春播期、秋收期0~50 cm土层容重分别降低1.32%~4.06%、0.81%~1.64%,0~30 cm土层有机质与速效养分含量分别提高4.89%~20.74%、1.94%~40.37%与7.18%~30.26%、1.22%~28.09%,0~70 cm土层生长期墒情增加6.83%~13.84%,调控苗期0~10 cm土层温度日温差减小0.5~2.8℃,且对表层各因素影响高于底层。秸秆覆盖模式可降低机械压实所引起的负效应,从高效可持续方面综合分析本试验条件下浅松压实覆盖(SCTS)在改善根区土壤环境方面具有一定优势,研究成果可为东北黑土区覆盖耕作措施实施提供参考依据。     

正旋深耕旋耕机的研制

为解决目前我国耕地中普遍存在的犁底层问题,设计一种深松与深耕旋耕联合作业的机具。阐述深耕旋耕机整机设计方案,确定主要参数,从理论上分析主要参数对功率消耗的影响,提出减小功耗的措施,为设计合理的深耕旋耕机提供理论支持。     

带状浅旋小麦播种机的研究

针对四川成都平原的特点,结合保护性耕作技术的实施要则,研究设计了带状浅旋小麦播种机,解决了灌区内小麦播种行距小、播种机开沟器易堵塞等问题.田间试验表明,播种平均深度为3.57mm,平均宽度为5.51cm,平均行距为20.2cm.该机能在水稻留茬或秸秆全部还田的地上进行播种作业,一次进地可完成破茬或开沟、播种等作业,而且作业时土壤扰动小,作业质量满足农艺要求.     

秸秆覆盖与耕作方式对土壤水分特性的影响

通过分析不同秸秆覆盖量以及耕作方式对0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力以及土壤水分有效性的影响,揭示黑土区秸秆覆盖、耕作方式对土壤水分特性的影响机制。结果表明:土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性与土壤孔隙度密切相关。0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土层的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量,在传统耕作条件下,秸秆覆盖均高于无覆盖;在秸秆覆盖条件下,免耕均高于传统耕作。免耕秸秆覆盖处理影响土壤孔隙度、土壤持水性、土壤供水能力及土壤水分有效性,随秸秆覆盖量增加,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、相同土壤水吸力下土壤含水率、比水容量以及有效水含量逐渐增大,随土层加深,各处理土壤孔隙度、土壤持水性及土壤供水能力逐渐减小。本研究区最适宜的秸秆覆盖与耕作方式为免耕150%秸秆覆盖处理。     

保护性耕作双翼对称旋切式浅松刀设计与试验

在保护性耕作条件下,为了实现大量秸秆覆盖下表层土壤的松整和除草,减少土壤扰动量,设计了一种具有砍切和滑切功能的双翼对称旋切式浅松刀。通过理论分析确定了浅松刀的刃口曲线和结构参数,利用SolidWorks和Abaqus软件进行了有限元静力分析和模态分析,设计的浅松刀结构满足强度要求,不会发生共振现象。玉米收获后进行了旋切式浅松刀与传统旋耕刀、浅松铲的田间对比试验,结果表明：在玉米秸秆全量粉碎还田条件下,旋切式浅松刀在机具通过性和碎土、除草效果上优于浅松铲,在作业后的地表平整度与秸秆覆盖情况上优于旋耕刀,其中旋切式浅松刀的碎土率为92.2%,地表平整度为0.6cm,除草率为97.3%,作业后地表秸秆覆盖率为39.5%,满足保护性耕作条件下的浅松作业要求。