农耕机械触土部分磨损及表面改性研究现状

土壤是农耕机械主要的加工对象,农耕机械中的触土部件在与土壤接触作用的过程中会受到来自于土壤颗粒的磨损失效,这是造成其产生失效的主要原因。现有的提高触土部件耐磨性能的方式包括选择耐磨材料、改进加工工艺、涂层和表面处理等,近几年随着生物仿生学的发展,仿生农耕触土部件的设计成为了新的发展趋势和手段。本研究从触土部件的磨损机制、产生磨损的因素及现有的提高农耕机械触土部分耐磨性能的表面改性方法等几个方面进行了综合论述,以期能对我国农耕机械触土部件设计的优化和发展提供理论参考。     

农机触土部件前行阻力测试装置的设计与试验

田间作业机械的工作阻力分析是农业机械设计工作中一重要环节,对试验装置的可靠性和测量精度具有较高要求。为研究农机关键触土部件的试验样件的前行阻力,本文设计了一种阻力测试装置,并保证了较高的稳定性和测量精度。针对该装置在正常工作时产生的振动是否会影响其工作性能,利用Solid Works软件对测试装置的台架进行三维建模,并采用有限元分析软件ANSYS-Workbench对其进行模态分析,求解出台架的前6阶模态频率与振型。模态分析结果表明:台架的前6阶固有频率分布在21~38Hz之间,而当牵引台的行进速度为0.1~1.0m·s-1时,该装置受到的外激频率为0.346~3.462Hz,远低于台架的低阶固有频率21.778Hz,有效地避免了共振的产生。以插秧机船板样件的拖拽试验为例,通过三因素三水平正交试验,分析该装置结构设计的合理性。分析结果表明:船板样式、配重和前进速度对试验指标的影响极显著,并得出各因素的最优组合,即前进速度为0.4m·s-1、配重为0.7kg、仿生船板样件的滑行阻力最小。该研究为水田、旱地作业机械关键触土部件的试验样件的前行阻力分析提供了条件。     

深松铲研究进展与分析

机械深松是保护性耕作的重要一环。深松铲是深松机具的首要部件。本文从阐述机械深松和深松铲入手,探讨了国内近年来深松铲的研究进展,对深松铲的减阻研究分结构形状减阻、表面状态减阻和综合减阻3个方面进行了细致的探讨,分析了深松铲的研究进展,并提出了研究建议。     

基于EDEM的圆盘弹齿组合式水田平地机圆盘转辊仿真与试验

[目的]水稻秸秆全量还田是一种新的农艺技术措施,传统的翻耕与旋耕机械因出现严重的秸秆缠绕,导致工作阻力剧增,作业质量变差甚至无法正常作业,因此对水田耕整地作业机械提出了新的要求.[方法]针对水稻秸秆全量还田新农艺技术特点,以机具作业速度、圆盘转辊转速、作业深度为试验因素,以工作阻力和工作部件缠草率为试验指标进行试验研究,通过EDEM离散元软件对工作阻力进行模拟仿真,并利用田间动态遥测仪进行田间试验.[结果]各因素对机具前进阻力影响显著性由大到小分别为机具作业速度、圆盘转辊作业深度、转辊转速.[结论]最优作业条件为机具作业速度2 km/h,圆盘转辊作业深度22 cm,转辊转速300 r/min,田间试验前进阻力结果与仿真试验结果的相对误差率为29.69％.     

基于EDEM的圆盘弹齿组合式水田平地机圆盘转辊仿真与试验

[目的]水稻秸秆全量还田是一种新的农艺技术措施,传统的翻耕与旋耕机械因出现严重的秸秆缠绕,导致工作阻力剧增,作业质量变差甚至无法正常作业,因此对水田耕整地作业机械提出了新的要求.[方法]针对水稻秸秆全量还田新农艺技术特点,以机具作业速度、圆盘转辊转速、作业深度为试验因素,以工作阻力和工作部件缠草率为试验指标进行试验研究,通过EDEM离散元软件对工作阻力进行模拟仿真,并利用田间动态遥测仪进行田间试验.[结果]各因素对机具前进阻力影响显著性由大到小分别为机具作业速度、圆盘转辊作业深度、转辊转速.[结论]最优作业条件为机具作业速度2 km/h,圆盘转辊作业深度22 cm,转辊转速300 r/min,田间试验前进阻力结果与仿真试验结果的相对误差率为29.69％.     

农闲时期农机具的保养

1 耕整机械 犁、圆盘耙、旋耕机、秸秆还田机等机械作业结束后,应及时清除机具上的缠绕物、杂草、泥土.对工作部件如犁铧、旋耕机刀片、秸秆切碎部件等,要认真清洗,晾干后涂上防锈油,再用废报纸包好;对覆盖件、壳体等易锈部件应涂漆,以防锈蚀损坏;应放出旋耕机、秸秆还田机传动箱内的脏油,并清洗传动箱内部;更换损坏件,将机具置于干燥的室内,并用砖或木块垫起,使其离开地面10～20厘米,在润滑部位加注黄油.     

种子加工机械的维养和管理

1.作业前和作业期间的维护与保养 1.1要提前做好准备,对机具进行全面维护和保养.各传动部件润滑部位要加注润滑油;损坏的零部件要修复更换;拧紧各紧固部件、紧固螺栓,保证机械良好的技术状态.作业前接通电源,空运转10～15分钟,确保无问题后方可投入作业.     

根茎类中药材仿生挖掘铲的设计与试验

【目的】针对挖掘阻力制约根茎类中药材收获机械发展这一问题。【方法】基于蝼蛄前足趾构型,设计了一种仿生挖掘铲。通过CAXA软件获取前足爪趾轮廓曲线,利用MATLAB进行轮廓曲线的提取,并借助EXCEL得到拟合曲线方程;根据轮廓曲线在SolidWorks建模软件中建立仿生挖掘铲模型,采用ANSYS Workbench软件对挖掘铲进行应力应变分析;最后通过土槽和田间试验检测挖掘铲减阻效果和挖掘性能。【结果】仿真结果表明,仿生挖掘铲强度能达到使用性能要求;环形土槽试验表明,仿生挖掘铲相较于平面铲具有一定的减阻功效;田间试验表明,仿生挖掘铲具有良好的挖掘效果。【结论】在铲面末端高度100mm到160mm的范围内,仿生铲所受阻力均小于平面铲,该研究能为根茎类药材收获机减阻降耗提供理论参考和设计依据。     

耕整机械土壤减粘脱附技术研究现状与展望

耕整机械土壤减粘脱附问题是许多国内外专家学者长期致力解决的技术难题,减少土壤粘附有利于提高耕整机械作业质量与工作效率、降低作业功耗与作业阻力。总结了耕整机械土壤粘附的产生原因与土壤粘附对耕整机械作业影响;重点介绍了国内外耕整机械有关减粘脱附研究中机械脱附、表面改形、表面工程、仿生等技术应用现状与典型机具;展望了耕整机械减粘脱附技术的发展方向,为耕整机械研究提供了参考。     

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。     

双翼式深松铲的仿生设计及其离散元分析

深松铲是保护性耕作中进行深松的主要工具,其品质直接影响深松的效果.在对双翼式深松铲改型设计的基础上,应用仿生技术研究成果设计出仿生深松铲,并通过Pro/E软件对改型深松铲和仿生深松铲进行三维建模.而后应用离散元软件EDEM 对两种形式深松铲进行仿真分析,得出速度为0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m/s时两种深松铲所受的耕作阻力.离散元分析结果表明,两种深松铲在触土过程中耕作阻力变化趋势相同.虽然仿生深松铲具有较好的土壤脱附和耐磨性能,但平均耕作阻力较之改型深松铲稍大.本研究方法为新型深松铲的优化设计提供了参考.     

基于EDEM的水田平地机打浆机构参数分析研究

【目的】水田平地机在整地过程中可以提高秸秆利用率,实现水田平整。良好的打浆机构参数能减少打浆刀损耗,提高水田起浆浓度。本研究针对打浆机结构,从打浆刀刀面弧度、机具前进速度、刀辊旋转速度进行分析。【方法】利用EDEM离散元软件,构建出秸秆-水层-泥浆-土壤模型,进行多因素水平条件下打浆机构工作过程仿真,通过分析与比较田间试验与仿真试验的前进总阻力与起浆浓度的差值。【结果】拥有刀面弧度为20°的打浆刀在打浆机构旋转速度为140 r/min,机具作业速度为2 km/h的工作条件下,机构的打浆效果最佳。打浆刀前进总阻力的试验结果与仿真结果相对误差为11.64%。【结论】仿真试验的水颗粒占比指数与田间试验的起浆浓度指标折线的起伏规律相匹配,证明离散元仿真的有效性。     

基于蚯蚓体表特征的仿生深松铲设计及分析

深松铲是深松机的重要工作部件,深松作业过程中出现的减阻降耗问题和深松作业的质量问题成为近年来的研究热点。在深松过程中,出现深松铲黏土严重的现象,可增加作业过程中的阻力,提高作业的能耗,造成作业成本的提高;另外,在深松作业后,出现的土壤土块较大和土壤的透水性、透气性较差等问题,阻碍了深松技术的推广。针对以上这些问题,结合蚯蚓体表形态特征,提出设计新的仿生深松铲,以期达到降低深松作业阻力、减少能耗、改善深松后土壤质量的目的。     

新疆农田粉土离散元仿真参数标定

【目的】标定新疆地区粉土离散元仿真模型,量化分析农业机械触土部件与土壤的相互作用。【方法】采用EDEM离散元仿真软件,运用斜坡试验标定土壤与触土材料（65 Mn）之间的接触参数,堆积角试验标定土壤与土壤之间的接触参数,以斜坡滚动距离为优化目标进行回归分析。【结果】土壤与65 Mn之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.51,静摩擦系数0.56,动摩擦系数0.08,JKR表面能4.12;以堆积角为优化目标,土壤之间离散元模型参数的一种优化组合为恢复系数0.57,静摩擦系数0.65,动摩擦系数0.23,JKR表面能4.49。滚动距离和堆积角的误差分别为6.05%、1.28%。【结论】在建立的仿真模型条件下,在8、9、10 km/h作业速度下,犁体仿真试验与实际试验的工作阻力相对误差为5.69%、5.95%、6.49%,建立的模型真实可靠。     

水田高地隙喷雾机轮履复合动力底盘的设计与试验

【目的】探讨水田高地隙喷雾机轮履复合动力底盘结构可行性,解决现有水田喷雾机陷深大、田间行驶通过性差等问题,满足南方地区水稻种植模式和农艺要求。【方法】对动力底盘的转向及行驶性能进行理论分析,对履带与轮式行走装置的关键部件以及整机传动系统进行设计,应用有限元软件在静态负载工况下对履带梯形支架进行分析,得到满载状态下履带行走装置的载荷分布和薄弱部位,根据分析结果对行走装置进行优化。【结果】确定底盘离地间隙950 mm,履带宽20mm。在静态满载工况下,履带梯形支架所受最大应力发生在轮毂连接处,为128.87MPa;最大位移量发生在承重轮连接处,为1.05 mm;满足强度性能要求。田间试验结果表明:行驶速度1～3 km/h,水田行驶最小转弯半径3 380 mm,前轮陷深115 mm、后履陷深63 mm。【结论】轮履复合动力底盘结构具有可行性,整机工作性能满足水田作业要求,本研究结果对研发新型水田高地隙喷雾机具有一定参考价值。     

考虑颗粒间黏结力的黏性土壤离散元模型参数标定

【目的】实现黏性土壤离散元模型的接触参数与接触模型参数标定。【方法】基于土壤堆积角物理试验结果,采用考虑颗粒间黏结力的"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型进行土壤堆积角仿真试验,借助GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型关键参数(包括JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数与动摩擦系数),进一步运用Box-Behnken试验方法进行堆积角仿真试验。【结果】通过对试验结果进行多元回归拟合分析获得了堆积角回归模型,回归模型的方差分析表明该模型极显著,试验因素对堆积角的影响为二次多项式,且存在复杂的一次与二次交互作用。以堆积角40.45°为目标对回归模型进行寻优,得到了优化解:JKR表面能7.91J·m-2;恢复系数0.66;静摩擦系数0.83;动摩擦系数0.25。以此优化解进行仿真试验获得的堆积角为39.73°。堆积角仿真试验与物理试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性。【结论】可利用该优化参数对样品土壤进行进一步的黏性土壤与触土部件间的离散元仿真,从而揭示黏性土壤在触土部件作用下的运动规律。     

水田除草关键部件扭矩测试试验研究

苗间除草装置是水田除草机的核心部件,其工作时的功率消耗为该机具总功消耗的主要部分.利用自制扭矩传感器测取除草机工作过程中除草刀轴上产生的扭矩.选取影响除草机功率消耗的刀盘转速、机具前进速度、除草作业深度三因素为试验因子,采用二次正交旋转设计方法进行试验研究.运用minitab15.1软件处理扭矩测试结果,根据田间试验分析,得出苗间除草刀在最佳工作状况下产生的扭矩值,该数值可为机具关键部件可靠性分析和寿命估算等提供重要的理论参考     

船式拖拉机船体行驶阻力的研究

船式拖拉机在深软水田中工作、或在河网地区为进行田间转移而在水中行驶时,船体是其主要的支承部件。本文根据水池试验得到的船模和船拖原型船体在不同前进速度下行驶阻力的试验结果,研究了船体在水中的行驶阻力,提出了降低阻力的途径。为研究船体在水田泥中的滑行阻力,研制了一条土槽进行试验。结果表明:田面有泥浆薄层时船体滑行阻力将大大降低。引入液体润滑理论对泥浆薄层的润滑作用进行了探讨,并用电子计算机对土槽试验数据进行回归分析,提出了船体滑行阻力的半经验表达式。船体在稀软田中滑行阻力的实测和预测值看来是相当一致的。文中列出的阻力系数值可供预测同类条件下的船拖船体滑行阻力时参考。     

地膜机械化技术现状及分析

系统梳理我国地膜机械化技术研究成果,以覆膜播种与残膜回收两大类典型机具为对象,分析对比其结构特征及工作原理,总结剖析当前地膜机械化技术中存在的问题。结果表明:在地膜覆盖机械化技术中,主要存在因苗膜错位、覆土不均、打孔成穴机构不可靠造成的空穴率高、出苗率低等问题。在机械收膜方面存在的主要问题是:地膜厚度小、强度差,增加了机具作业难度;现有机具的适配性单一,核心工作部件的可靠性不高,并且机收成堆(条)的地膜转运困难,后续处理工艺不完善,降低了农户的积极性。针对现有问题提出如下解决措施:1)研究人员在设计覆膜机具和残膜回收机具时应当与农艺相结合,改善机具作业效果及自身可靠性;2)提高我国农用塑料地膜质量,加快可降解地膜的研制。综上,加快研发优质可靠的覆膜、收膜机械是拓宽覆膜种植技术应用领域、提高覆膜地区机械化水平的重要保障。     

气动式水稻株间机械除草装置研制

目的 针对水稻株间机械除草自动化程度低、难度大的问题,在机器视觉识别定位技术研究的基础上,研制一种气动式水稻株间机械除草装置。方法 采用机械设计理论、离散元动力学仿真方法结合田间试验,研制出气动式水稻株间机械除草装置。首先对气动式株间除草机构的结构进行设计,运用运动学方程计算并确定机构的几何参数,通过Pro/E运动学仿真验证机构的可行性;然后对除草刀齿与水田土壤的相互作用过程进行仿真,并对仿真结果进行验证试验;最后进行田间试验验证整机工作性能,并利用三因素五水平二次旋转正交试验对影响除草率与伤苗率的工作参数进行分析。结果 气动式水稻株间除草机构连杆长35.00 mm,摆杆长72.24 mm,除草部件到回转中心水平距离为84 mm,垂直距离为191 mm。离散元动力学仿真分析表明,倾角为10°的弯齿刀除草刀齿与土壤的接触阻力较小,阻力平均值为3.12 N,且对土壤的扰动程度较大,受影响的面积达149.69 cm²。田间试验中,在机具前进速度0.25 m/s、气缸伸缩速度0.45 m/s和除草深度2.5 cm的工作参数下,平均除草率为83.91%、伤苗率为3.63%。结论 该机具满足除草率大于80%、伤苗率小于4%的设计要求,能够满足水稻株间避苗除草的作业要求。