旋耕碎茬工作机理研究和通用刀辊的设计

引言 我国北方大部分地区既有水田又有旱田．旋耕碎茬通用机秋季和早春播种前可用于碎茬作业．旱田播种后又可用于水田、麦地的旋耕作业,可满足一年中土壤耕作的大部分作业,因此具有研究价值．     

旋耕碎茬工作机理研究和通用刀辊的设计

根据旋耕、碎茬作业不同的工作机理和农艺要求,探讨了各参数之间的关系,运用最优化组合和螺旋线排列原理,设计了旋耕 碎茬刀的多头螺旋线排列及在同一刀盘上的配置,在此基础上设计了旋耕碎茬通用机的变速机构和通用刀辊。其特点是在同一刀辊的刀盘上,可分别安装旋耕刀和碎茬刀,变速箱的变速机械可适合旋耕、碎茬的不同转速要求。     

双轴式旋耕灭茬机灭茬刀辊结构设计与试验

针对农机具节能减排和提高秸秆根茬粉碎率等问题,优化设计了一种与大功率拖拉机配套的旋耕灭茬播种机的灭茬刀辊系统,系统由刀片、刀盘和刀轴等组成。根据灭茬机理,设计出灭茬刀具,并采用三维软件建模。同时,运用EDEM离散元仿真软件进行旋切虚拟试验,检验设计的刀辊系统的工作性能。通过仿真试验对比,测定灭茬刀辊的扭矩与切削速度、刀辊转速的关系,观察分析秸秆根茬被灭茬刀辊切断粉碎情况及灭茬刀辊对土壤的扰动情况。田间试验结果表明:各项指标均达到了国家相关标准的技术要求,整机的作业速度和刀辊的工作转速在0.4m/s、600r/min条件下刀辊碎土性能最好;整机的作业速度、刀辊的工作转速相比灭茬深度对碎茬率的影响比较显著,作业速度和刀辊的工作转速在0.6m/s、600r/min条件下刀辊灭茬性能最好。该研究可为灭茬刀辊系统设计提供参考。     

旋耕刀辊与机罩间隙对反转灭茬作业质量和功耗的影响

通过试验对比的方法,从间隙的垂直距离和水平距离角度,分析旋耕刀辊与弯折状机罩间隙对反转灭茬作业的驱动功耗、植被覆盖率及土下埋茬的具体影响。研究结果表明:1间隙的垂直距离对机具作业功耗影响较为明显,垂直距离a为65、75、85mm,水平距离b=50mm时,功耗随着a的增加而增大,增幅分别为3.9%、4.3%。2当间隙垂直距离a为6 5、7 5、8 5 mm,b为5 0 mm及水平距离b为3 5、5 0、6 5 mm,垂直距离a为7 5 mm时,机具作业植被覆盖率均超过96%。3间隙对土下埋茬情况影响较为突出,埋茬情况在间隙调整范围内变化幅度大,土下0~5cm内的根茬占土下根茬总量的28.1%~62.4%。     

1GS-3.0型灭茬旋耕通用机的试验研究

1GS-3．0型灭茬旋耕通用机是一种集灭茬、旋耕两种作业方式于一身的新型耕作机。它的最大特点就在于采用了一种新型的灭茬旋耕通用耕刀．以合理的排列组成耕作刀辊．在不更换耕刀的条件下实现灭茬作业和旋耕作业的转换。目前该机已投入批量生产。     

组合式灭茬、苗带旋耕整地机设计与试验

为解决高寒垄作地区保护性耕作残茬处理的问题,结合中国北方旱作农业的特点,设计一种与60～75 kW拖拉机配套使用的组合式灭茬、苗带旋耕整地机。该机采用垄上灭茬—垄中带状旋耕—耕后回土镇压的耕作方法,能够一次完成灭茬、旋耕、碎土、埋茬和镇压等多项作业。阐述整机结构及工作原理,对关键工作部件进行设计和运动分析。并以作业速度、旋耕深度和刀轴转速为影响因素,对其工作性能进行试验研究。田间试验结果表明:刀轴转速466 r/min、作业速度1.3 m/s、旋耕深度26 cm,得到较优工作参数,此时根茬粉碎率为93.68%,符合保护性耕作要求内容。     

旋耕—碎茬通用刀片的设计与试验研究

本文对通用刀片的运动形式进行了分析,选取对功率消耗影响较大的四个结构参数作为设计变量,设计9种结构参数不同的通用刀片,并在室内试验室分别进行了旋耕和碎茬试验,得出影响功率消耗结构参数的最优搭配与主次因素,进而指导旋耕—碎茬通用刀片的设计。     

船式旋耕埋草机螺旋刀辊作业功耗试验

基于LabView软件平台开发了功耗测试系统。采用相位差原理,对船式旋耕埋草机的螺旋刀辊进行了中稻收获后的水田适度耕整与秸秆埋覆还田功耗试验。在功率测试平台上对测试系统进行了标定,结果显示系统测量误差在5%以内。在田间对螺旋刀辊作业功耗进行了实时检测,通过分析各因素对功率消耗的影响,得到了船式旋耕埋草机较优作业模式：实行2次耕整,刀辊转速310r/min,其中第1次作业耕深55mm,其平均作业功耗为7.13kW,第2次作业耕深达到110mm,其平均作业功耗为7.59kW,两次耕整后秸秆埋覆率达到95%以上。     

旋耕机类型及研究方向探讨

旋耕机是耕整地作业中应用广泛的农业机械,具有切土效果好、碎土能力强的特点而被广泛应用.本文在综述旋耕机类型及研究热点的基础上,提出旋耕机存在的亟待解决的关键性问题及研究方向,为进一步的理论及实验研究提供支持.     

基于有限元法的微耕机旋耕刀辊切削土壤仿真

旋耕刀辊作为微耕机耕作部件,研究它与土壤相互作用关系,对于提高耕作效率有着重要意义。为此,运用LS-DYNA显式动力学软件,基于有限元方法对微耕机刀辊切削土壤进行了仿真,分析了土壤破碎情况、旋耕刀辊切削力及切削扭矩。结果表明:浅层土壤扰动位移最大、中层土壤次之、深层土壤最小,与实际耕作过程一致;切削过程中旋耕刀的最大切削力为195N,最大扭矩值为21.1N·m,与试验值相吻合,验证了仿真的有效性。研究可为有效揭示土壤耕作机理、优化旋耕刀辊结构及运动参数提供理论依据。     

双螺旋旋耕埋草刀辊转矩检测系统设计与试验

为研究双螺旋旋耕埋草刀辊工作性能,基于虚拟仪器技术开展了埋草刀辊主轴转矩转速检测系统研究.利用JN338A型旋转式扭矩传感器和Nl PCI-6024E同步采集卡,在LabVIEW 8.6环境下设计了一套旋耕埋草刀辊主轴转矩转速检测系统.为研究刀辊运动参数与工作转矩间的规律,运用该检测系统进行了室内土槽试验研究.分析结果表明,刀辊工作时的前进速度和耕作深度对工作扭矩有显著影响.     

基于Inventor的旋耕-碎茬通用刀片有限元分析

旋耕与碎茬是我国目前最常见的两种土壤作业方式,旋耕、碎茬刀片的品质直接关系到整机的性能和作业质量。为此,利用Inventor强大的三维造型及其对零件的有限元分析功能,对旋耕-碎茬通用刀片进行三维造型,并对模型进行有限元分析。分析结果表明:通用刀片的强度和刚度均满足设计要求;刀片的应力与应变最大值出现在刀片弯折处;变形位移最大值点位于刀尖。有限元分析结果为旋耕-碎茬通用刀片的优化设计提供了可靠依据,为今后提高设计质量和精度提供了借鉴。     

旋耕机的旋耕刀怎样排列和安装

旋耕机作业之前,旋耕刀的排列安装是一项重要的工作。安装不当,将严重影响作业质量,并因刀片旋转不平衡导致机件损坏和机组震动增大。为使旋耕机在作业时,避免漏耕和堵塞,刀轴受力均匀,刀片在刀轴上的排列配置,应满足以下要求：     

旋耕机的旋耕刀怎样排列和安排

旋耕机作业之前,旋耕刀的排列安装是一项重要的工作。安装不当,将严重影响作业质量,并因刀片旋转不平衡,导致机件损坏和机组震动增大,且不安全,为使旋耕机在作业时,避免漏耕和堵塞,刀轴受力均匀,刀片在刀轴上的排列配置,应满足以下要求：     

旋耕—碎茬通用刀片结构参数优化试

以L型碎茬刀及宽型旋耕刀为基础,设计了9种旋耕-碎茬通用刀片.通过土槽单刀功率消耗(扭矩)试验确定了通用刀片的结构参数为:弯折角67°、弯曲半径20 mm、正切刃滑切角12°、单刀作业幅宽60 mm.并分别进行了通用刀片与国标旋耕刀的旋耕对比试验及通用刀片与批量生产的碎茬刀切断对比试验.试验结果表明,通用刀片单位幅宽功率消耗小于国标旋耕刀,但大于常用碎茬刀;单刀幅宽相同条件下,通用刀片功率消耗低于旋耕刀及碎茬刀,表明通用刀片结构参数选择合理可行.     

斜置旋耕机刀辊动平衡仿真试验分析——基于PRO/E和ADAMS

斜置旋耕机的刀辊在耕作时,由于刀盘安装的不对称和安装误差,会引起很大的动不平衡力矩,导致轴两端的轴承经常容易坏,机器不能正常工作。为此,利用参数化建模软件PRO/E和动力学仿真软件MSC.AD-AMS,对不同相位角的斜置旋耕机刀辊进行了不同转速下的仿真试验对比分析。试验结果表明,转速和旋耕刀安装相位角的不同,对到刀辊的径向动不平衡量影响比较大;刀辊的轴向动不平衡量很小,说明刀辊在工作时几乎没有轴向扭动。     

旋耕灭茬刀热处理参数对耐磨性影响的试验研究

采用65Mn弹簧钢作为制作旋耕灭茬刀的金属材料,以正交试验方法设计耐磨性试验方案,研究具有不同热处理方法的试件耐磨性规律,得出了不同的热处理工艺参数对耐磨性的影响规律并获得好的耐磨性的最佳工艺参数.     

我国灭茬机具及其刀具的发展现状

阐述了作物根茬处理机具的现状,对几种不同类型根茬处理复合作业机具及其刀具的结构、性能和特点进行了分析,指出了普遍采用的灭茬机具存在的问题,提出了灭茬机具今后的研究方向。其中,包括对灭茬刀具进行改进,降低功耗、增强其抗磨性及将农机与农艺结合。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。