玉米秸秆机械化粉碎还田影响因素研究

以玉米秸秆含水率与秸秆力学特性相互关系为基础,采用正交试验法,研究了秸秆含水率、还田机刀型、刀轴转速对玉米秸秆粉碎特性的影响。结果表明:随秸秆含水率的增加,秸秆抗剪强度减小,当含水率大于30%时,抗剪强度随含水率的增加变化不显著;秸秆含水率为20%是秸秆抗拉强度拐点,大于20%时抗拉强度随秸秆含水率增加而增大,低于20%时抗拉强度受秸秆含水率影响不显著;秸秆含水率、还田机刀型、刀轴转速对秸秆粉碎长度合格率均有显著性影响,秸秆含水率和刀轴转速大于刀型;秸秆含水率、还田机刀型、刀轴转速对机具功耗均有显著性影响,刀轴转速刀型秸秆含水率。在实际生产中,建议在玉米收获后尽早进行粉碎,还田机刀型应优先选择Y型或L型,刀轴转速选择1 800r/min左右最优。本研究为选择合理的秸秆粉碎模式提供了理论基础     

仿生香蕉秸秆粉碎装置关键部件作业参数优化与试验

目前用于香蕉秸秆粉碎的刀具在使用过程中存在刀具磨损量大、刀具易断裂、刀具适应性差等问题。结合香蕉秸秆含水量高、纤维含量丰富等物理特性,基于仿生学原理,通过狼爪获取灵感,获取仿狼爪轮廓曲线刀刃曲线方程,加工出一种仿生式减阻型秸秆粉碎刀,并设计香蕉秸秆粉碎刀轴。运用中心组合试验设计理论对秸秆还田机作业关键参数还田机前进速度、刀轴转速、刀片厚度进行研究,采用二次正交旋转组合设计试验方法并用Design-Expert进行数据处理,建立秸秆粉碎合格率的回归数学模型并进行方差分析。分析得出影响秸秆粉碎合格率的显著性顺序由大到小为刀轴转速、刀片厚度、还田机前进速度。通过响应曲面法得出最优作业参数组合为:还田机前进速度为4.72 km/h、刀轴转速为1 626.67 r/min、刀片厚度为9.84 mm,此时,香蕉秸秆粉碎合格率为97.28%。在最优参数组合的情况下,实际秸秆粉碎合格率为96.94%。通过与直型粉碎刀进行对比试验,秸秆粉碎合格率提高2.34个百分点。该研究为提高香蕉秸秆粉碎还田机作业质量提供参考。     

香蕉秸秆粉碎还田机刀片优化设计与试验

为进一步解决香蕉秸秆资源浪费问题,在Ⅰ代立式粉碎刀具基础上设计优化了适用于1JHXJ-160C型立式香蕉秸秆粉碎还田机的粉碎刀具,并利用限元模拟仿真得到所设计刀具的应力云图与位移云图。仿真结果表明:刀具最大应力处为刀柄与刀刃部弯折处,应力最大值为41.6MPa,改进后的刀片满足强度条件。对刀片改进后的样机进行性能测试,通过试验得到合理的还田机工作参数组合,即还田机粉碎刀具厚度为12mm、还田机工作速度0.7m/s、粉碎刀轴转速1080r/min时,秸秆粉碎合格率与还田机工作效率分别为95.9%、0.420hm~2/h,均达到香蕉秸秆粉碎还田要求。     

秸秆混肥还田机设计与试验

东北地区玉米秸秆产量大,秋季玉米收获后可还田作业时间短、秸秆腐烂慢,为秸秆还田带来困难。为满足东北地区秸秆快速还田和腐烂要求,研制了一种秸秆混肥还田机,可将粉碎秸秆或站立秸秆切碎收集,并与N肥混合后被输送到还田机的一侧,或成条堆放在田间,或喂入到由铧式犁开出垄沟内。利用三维软件SolidWorks对秸秆粉碎捡拾和输送装置进行了参数设计和实体建模,利用有限元ANSYS Workbench对所设计的粉碎刀进行静力学分析验证了其结构的合理性,并通过分析粉碎刀的秸秆粉碎过程和运动轨迹确定了当粉碎刀受力最小时的最佳排列方式。试验结果表明:当秸秆粉碎捡拾装置转速为2250r/min、还田机前进速度为1.27m/s时,秸秆还田率为95%,秸秆剪切长度合格率为95.5%,秸秆混肥不均匀度为20.5%,作业性能达到了设计要求,可为秸秆混肥还田机的改进设计提供参考。     

高留茬玉米秸秆复式割台粉碎还田装置设计与试验

为了在玉米摘穗的同时,将秸秆上半部分回收作饲料,下半部分实现高质量粉碎还田,在4YZQ-2B1型穗茎兼收玉米收获机割台的下方增加了锯盘式玉米秸秆粉碎装置,通过对圆锯片运动及切割机理等的分析,利用ADAMS对此复式割台进行了参数优化和运动分析,并在Pro/Mechanica中,对锯盘刀轴进行了有限元模态分析,得到其固有频率。确定采用平面锯身整体式横截圆锯片,直径为180~380mm,厚度分为1.2、1.5、2mm 3种,锯片间距为50mm,齿形为等腰三角斜磨齿,齿高为7.5mm,两刀辊中心距为760mm。高留茬玉米复式割台田间试验结果显示,当机组的作业速度为2m/s,刀辊转速为850r/min时,秸秆粉碎长度合格率为92.14%,留茬高度平均值为52.18mm,均满足秸秆还田机作业标准,能够对玉米秸秆离地粉碎,减轻了刀具的磨损、提高了玉米秸秆还田质量。     

可调节式秸秆粉碎抛撒还田机设计与试验

针对秸秆粉碎还田机粉碎后的秸秆抛撒均匀度差和幅宽不可调节等问题,设计了一种可调节式秸秆粉碎抛撒还田机。该机主要由曲面机壳、粉碎装置、抛撒装置和传动装置等组成,可以实现玉米、小麦秸秆的粉碎和粉碎后秸秆的抛撒还田。曲面机壳包括对数螺旋线型前壳体、左侧板、右侧板和后挡板等。Fluent仿真分析结果表明,曲面机壳相比传统折线型机壳有利于提高秸秆在机壳内的流动性。粉碎装置包括粉碎刀轴、组合甩刀、定刀等,其中粉碎刀轴两端装有扇形叶片,提高了曲面机壳内流体流动速度和曲面机壳入口处秸秆喂入性能。在曲面机壳出口处增加了装有导向叶片的导流板,并设计了一种同步调节所有导向叶片的导向叶片同步调节装置,实现了粉碎后秸秆抛撒幅宽、均匀度的可调节。田间试验表明,在拖拉机前进速度为1.8 m/s,秸秆平均含水率为78.4%,拖拉机动力输出轴转速为540 r/min的未收获玉米地里,秸秆粉碎长度合格率达90.01%,平均抛撒幅宽达2 223.3 mm,平均留茬高度为62.0 mm,抛撒不均匀度为22.95%,各项性能指标均满足要求。     

基于多体动力学的秸秆还田机虚拟仿真与功耗测试

针对目前秸秆还田机功耗测试难的问题,提出了利用虚拟测试平台评估还田机功耗的方法。首先建立秸秆还田机Abaqus动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟刀具在入土深度120 mm和90 mm、机具前进速度3 km/h和5 km/h、刀轴旋转速度260 r/min和230 r/min下的工况,对秸秆还田机的功率消耗进行了虚拟仿真;然后构建了田间功耗测试系统,通过对比仿真数据得知相对误差分别为9.06%和8.02%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种入土深度、2种前进速度、3种旋转速度因素组成18种工况,对其进行了仿真分析,结果表明:入土深度一定时,秸秆还田机功耗分别和前进速度、旋转速度呈线性递增关系;在入土深度和前进速度一定时,刀轴转速存在消耗功耗最低的转速,特别是在入土深度和前进速度较大时,刀轴转速对能耗影响明显。     

水稻秸秆激荡滑切与撕裂两级切割粉碎装置设计与试验

针对东北稻区秸秆还田作业中存在的粉碎效果差、秸秆腐解速率慢的问题,提出了适合该区域秸秆翻埋还田秸秆粉碎状态,为5~10cm撕裂状态。结合预达到粉碎后秸秆形态及现有机具使用情况,设计了具有激荡滑切和撕裂两个阶段并与联合收获机装配的秸秆粉碎装置,通过理论分析对粉碎过程关键参数进行了设计。单因素试验表明：秸秆含水率从69.77%减少到29.34%时,秸秆因受干物质含量和弯曲强度改变影响,秸秆粉碎长度合格率和破碎率分别下降6.44、9.55个百分点,抛撒幅宽有先增加后减少趋势;秸秆粉碎长度合格率和破碎率随收获速度增加有较大幅度降低,抛撒幅宽减少0.22m;粉碎刀轴转速从2100r/min提高至2850r/min时,秸秆粉碎长度合格率和破碎率都有显著提高,抛撒幅宽也有较大幅度增加;两级定刀直线间隔变大,秸秆粉碎长度合格率和破碎率有小幅度增加,抛撒幅宽减小0.11m。正交试验表明：秸秆粉碎长度合格率和破碎率受收获速度和粉碎刀轴转速影响规律基本一致,收获速度和粉碎刀轴转速对秸秆粉碎长度合格率和破碎率影响更显著（P<0.05）;粉碎刀轴转速和两级定刀直线间隔对抛撒幅宽影响较显著（P<0.05）。设计的装置对东北稻区秸秆还田关键技术问题具有重要意义和应用价值。     

秸秆粉碎还田回收机性能试验

在棉田对秸秆粉碎还田回收机进行机具性能试验,选定留茬高度、秸秆粉碎长度和抛送距离作为主要的性能指标,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,即秸秆粉碎还田回收机在刀辊的转速为1800 r/min,粉碎机具前进速度为5.4 km/h,甩刀刀刃离地最小间隙为8cm.实验结果表明,机具有较优的性能指标,为整机的设计研究提供了理论依据.     

基于ADAMS和ANSYS Workbench的秸秆粉碎抛送装置仿真分析

为选择玉米秸秆打捆机粉碎抛送装置刀轴排列的最佳装配方案,利用多体动力学仿真软件ADAMS分别对采用单螺旋线、双螺旋线及对称排列装配方案的刀辊进行仿真分析,得出双螺旋线排列方案性能最佳。利用ANSYS Workbench对双螺旋线排列方案进行模态分析,通过结果图可以得到最低临界转速为6 109.8r/min,而实际上粉碎刀轴在工作时的转速范围是1 800~2 000r/min,所以刀轴满足实际工作的需求。本文为改装玉米秸秆打捆机提供有效数据,更为合理设计打捆机粉碎部件提供理论依据。     

基于响应面法的棉秆粉碎还田试验

针对棉秆粉碎还田效果差、粉碎还田装备可靠性差等问题,采用设计的棉秆粉碎还田机,并将粉碎辊转速、甩刀离地高度、机具前进速度作为试验因素,将棉秆粉碎长度合格率、棉秆抛撒不均匀度、留茬平均高度作为试验性能指标进行棉秆粉碎还田单因素和Box-Behnken试验,建立各试验因素和试验性能指标之间的回归方程,确定各试验因素对性能指标的影响规律,并进行优化计算,对优化结果进行试验验证。结果表明：棉秆粉碎还田的最优值为粉碎辊转速为2 290 r/min,甩刀离地高度45 mm,机具前进速度1.58 m/s,棉秆粉碎长度合格率95.13%,棉秆抛撒不均匀度12.16%,留茬平均高度42.13 mm,为棉秆粉碎还田机作业和设计提供理论指导。     

玉米秸秆还田机的设计与参数研究

针对我国大部分地区现阶段仍存在的秸秆随意堆放、焚烧秸秆污染环境和秸秆后期处理利用率低等问题,通过分析国内外现有秸秆还田机的优缺点,利用计算机Solid Works软件优化设计适合东北地区玉米秸秆还田机,并利用ANSYS软件对其关键部件刀辊进行校核和模态分析。在理论分析基础上,对该机进行结构参数优化,确定其临界转速为8 616.6r/min。通过Mat Lab来模拟分析刀片在实际工作中的运动轨迹,进而为秸秆还田机的优化设计提供参考。     

异向双辊式香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

香蕉秸秆含水率高、脆性大、富含纤维素,而现有的香蕉秸秆粉碎还田机粉碎率低、能耗高且茎秆纤维易缠绕粉碎刀辊。针对上述问题,设计一种异向双辊式香蕉秸秆粉碎还田机,介绍该机的总体设计方案,确定粉碎装置、传动系统、限深装置的结构和主要参数。田间试验表明:该机器在田间作业时,当刀辊转速为1 600 r/min,前进速度为12.9 m/s,粉碎刀片长度为124 mm时可达到最优工作状态,此时平均工作效率为0.437 hm^2/h,高于性能指标0.400 hm^2/h;机器平均粉碎合格率为97.09%,大于行业标准94%,达到秸秆粉碎还田的农艺要求。     

秸秆条带捡拾粉碎深埋装置设计与试验

针对东北黑土区保护性耕作秸秆还田条件下,地表秸秆量大导致免耕播种过程易雍堵、播种后地温提升慢等问题,提出了一种秸秆条带捡拾粉碎深埋方式,通过捡拾粉碎机构将地表部分秸秆捡拾粉碎,由罩壳处筛孔完成土秆筛分,集秆螺旋器进行秸秆的定向集运,最后经运秸风机实现秸秆输送深埋。本文对粉碎刀结构、排列方式和转速等关键参数进行确定,对粉碎刀轴的秸秆漏捡区域面积展开分析,通过理论分析和离散元单因素仿真试验明确了集秆螺旋器转速与其所受扭矩和秸秆运动速度之间的关系,初步确定了螺旋器转速为900~1100r/min,设计了开沟铲的结构参数,并利用离散元全因素仿真试验模拟了作业速度与开沟深度两因素间与表层土壤颗粒运动及开沟铲受力之间的关系,以作业速度、开沟深度和螺旋器转速为因素,秸秆深埋合格率为试验指标进行Box-Behnken试验。田间试验结果表明,当前进速度为3km/h、开沟深度为290mm、螺旋器转速为1000r/min时,其秸秆掩埋合格率为64.2%,其预测值约为67.4%,误差小于5%,满足设计需求。研究成果为东北黑土地保护性耕作推广提供了新的方案和技术支撑。     

秸秆粉碎还田机甩刀的设计

甩刀是秸秆粉碎还田机的重要工作部件。为此,阐述了秸秆粉碎还田机机用甩刀的工作过程,指出了现有刀片的优缺点,对秸秆粉碎还田甩刀的形状、速度、排列方式、数量、耐磨性及刀辊平衡等方面进行分析,设计出一种秸秆粉碎还田组合Y型甩刀。同时,应用Solidworks软件对其进行创新结构设计,利用Solidworks内含的有限元模块,对新刀片进行有限元静力学分析,优化其设计参数。     

基于CFD-DEM的秸秆还田机碎秆运动特性分析与试验

为明确玉米碎秆在粉碎室内运动机理,基于CFD-DEM耦合分析不同粉碎刀轴转速碎秆运动过程和受力变化规律。仿真结果表明,当转速为1900、2000r/min时,碎秆-粉碎室壁面平均相互作用力波动较为剧烈,2300r/min时稳定在（175.228±19.08）N,且碎秆平均能量大幅增加。当转速为1900、2000、2300r/min时,碎秆间平均作用力最大分别为10.61、7.78、18.76N,〖JP2〗碎秆-粉碎刀轴壁面平均作用力分别稳定在（112.36±8.32）N、(101.15±8.02)N和（107.25±4.97）N,碎秆抛撒均匀度分别为(85.40±4.77)%、(78.52±5.56)%和(75.17±5.32)%。粉碎刀轴转速增大,使得碎秆-碎秆及碎秆-粉碎室壁面平均相互作用力增大,导致碎秆间及碎秆与粉碎室壁面的碰撞次数增多,加剧了碎秆能量的损耗,过大转速不利于碎秆抛撒均匀度提升。为验证仿真结果,进行田间试验验证。结果表明,当转速为1900、2000、2300r/min时碎秆抛撒均匀度分别为（82.35±6.57）%、（76.14±7.18）%和（74.22±5.65）%。田间试验和仿真结果表明在碎秆长度达标后,增大粉碎刀轴转速不利于抛撒均匀度提升,且作业功耗上升较大,同时验证了仿真的准确性。该研究可为玉米秸秆还田机设计和优化提供支撑。     

可换不同甩刀的秸秆还田机

一、更换不同类型甩刀的必要性秸秆还田是增加土壤有机质、培肥地力、解决秸秆焚烧污染环境的有效措施。近年来 ,河北、河南、山东、山西等地大力推广机械化秸秆直接粉碎还田技术 ,收到了较好的效果。据统计 ,全国秸秆切碎还田机 (以下简称还田机 )的保有量达 3万余台。目前 ,国内生产的还田机采用的秸秆粉碎甩刀大体上有以下 3种 :锤爪式、Ｙ型刀片式、直刀式甩刀。其中锤爪式和Ｙ型刀片式甩刀适宜粉碎玉米、高梁等硬质秸秆 ;直刀型甩刀适宜粉碎麦、稻类软质秸秆。由于结构设计的原因 ,一台还田机只能安装一种刀片 ,即不同类型的刀片不能在…     

双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

针对我国香蕉秸秆粉碎还田作业过程中香蕉秸秆粉碎质量差,秸秆缠绕堵塞等问题,设计了一种双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机。基于滑切定理,解析了粉碎刀随轴转动过程中的动态滑切角和粉碎定刀滑切角的相对作用原理,以等速螺线设计L形粉碎定刀刀刃曲线,确定了粉碎刀结构参数;对香蕉秸秆缠绕粉碎刀辊进行受力分析,设计防缠绕板并确定装配数量与结构参数;以装置前进速度、粉碎刀辊转速、防缠绕板高度为试验因素,以香蕉秸秆粉碎合格率、抛撒不均匀度和香蕉秸秆缠绕数量为评价指标进行三因素三水平正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型。试验结果表明,最优参数组合为作业机前进速度1.5 m/s、防缠绕板高度41.6 mm、粉碎刀辊转速1 800 r/min,此时香蕉秸秆粉碎合格率为93.8%,香蕉秸秆缠绕数量为26,香蕉秸秆抛撒不均匀度为12.1%。以最优组合进行田间试验验证,试验结果表明双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机整机防缠性能优越,满足设计要求。     

水稻秸秆双轴深埋还田机设计与试验

针对北方寒地稻田在秸秆还田作业时,传统单轴机具难以适应覆有大量秸秆的湿黏土壤条件,作业质量难以满足实际作业需求的问题,设计了一种前轴正旋、后轴反旋的新型水稻秸秆双轴深埋还田机。结合实际农艺要求及土壤运动过程确定前后刀轴中心水平距离650 mm、竖直距离100 mm,并对整机进行配置。运用EDEM仿真软件模拟还田机工作过程,以前进速度、前轴转速、后轴转速为试验因素,以秸秆还田率和机具功耗为评价指标进行正交试验,建立秸秆还田率及机具功耗回归方程。利用Design-Expert分析软件得到最优参数组合,根据仿真优化结果及实际加工需求确定最优工作参数为：前进速度1.5 km/h、前轴转速274.2 r/min、后轴转速219.4 r/min,为后续田间试验提供理论支撑。田间试验结果表明,在留茬高度为15～20 cm、地表秸秆覆盖量为468～578 g/m²、拖拉机前进作业速度为低速1挡(1.5 km/h)时,水稻秸秆双轴深埋还田机还田率为88.7%～91.2%、地面平整度为1.8～2.4 cm、碎土率为97.7%～98.8%、耕深为16.6～19.5 cm,各项指标均满足...     

香蕉秸秆粉碎还田刀辊参数研究

香蕉秸秆粉碎秸秆还田作为南方农业保护性耕作中不可或缺的一部分,尚缺乏粉碎效果良好的秸秆粉碎装备。针对该问题,对香蕉秸秆粉碎还田机核心部件粉碎刀的数量、排列、运动和受力进行了理论分析,得到了其计算通式,确定了其工作参数范围。同时,应用SoildWorks2013/Simulation插件进行刀轴的模态分析,为以后香蕉秸秆粉碎还田机的设计和关键部件的选型提供理论依据。