Development of vineyard ditcher with reversal twin rotary tillage wheels

开沟施肥是葡萄园生产过程中的重要环节。传统的葡萄园开沟施肥通常是人工挖掘填埋,劳动强度大,工作效率低。为了提高开沟效率,通过对葡萄园环境及其开沟农艺要求的分析,设计制造了一种驱动型葡萄园小型开沟机,该机为旋耕刀以反转方式进行开沟工作,抛出的土由挡土导流板引导落在沟的两旁。对开沟机进行的性能试验结果表明：该开沟机2次作业开出的沟深可达500 mm左右,沟宽超过200 mm,且沟壁光滑、沟型整齐平直、沟中残留碎土少,满足葡萄园农艺要求;该机开沟部件碎土、抛土性能好,整机操作灵活,能适应葡萄园管理要求,也可用于其他果园、茶园、农田等开沟作业;该开沟机成本低,经济效益较好。     

1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验

为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950k Pa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式前进速度刀辊转速开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150 r/min,前进速度为0.06 m/s,开沟深度为0.15 m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22 kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。     

1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机的设计与试验

为提高水田筑埂作业质量与效率,减轻作业劳动强度,结合东北地区水稻种植农艺要求,研究设计了1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机。阐述分析了机具整体设计方案与工作原理,对其关键部件偏牵引悬挂仿形调节系统、旋耕筑埂深度可调式传动总成、旋耕集土刀辊总成和镇压筑埂圆盘总成进行了理论分析与结构设计。为获得修筑埂机最佳工作参数组合,以机具前进速度和旋耕工作转速为试验因素,田埂平均坚实度和高度变异系数为试验指标,进行了多因素二次通用旋转组合台架试验,运用Design-Expert 6.0.10软件建立因素与指标间数学模型,采用多目标参数优化确定机具最佳作业状态。试验结果表明,当机具前进速度为1.33 km/h,旋耕工作转速为525 r/min时,筑埂作业性能最优,满足旋耕集土及镇压筑埂要求,其所筑田埂平均坚实度为2 160 k Pa,高度变异系数为4.01%。田间试验表明,该机具作业性能稳定,所筑田埂质量良好,各项指标均满足筑埂作业要求。该研究为水田机械化筑埂机具的创新研发与优化提供理论支撑和技术参考。     

水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验

为解决人工撒播与机械条播表土播种方式存在的苗难齐、产量不稳等问题,根据"精量穴播"、"开沟起垄"的技术思路,对水稻精量穴直播机同步开沟起垄装置的关键部件播种沟开沟器和蓄水沟开沟器进行了研究。根据同步开沟起垄的农艺要求确定适宜直播机水田作业的土壤(壤土和黏土)含水率为50%~58%,并确定了播种沟开沟器及蓄水沟开沟器的外形尺寸分别为50 mm×35 mm×30 mm、80 mm×50 mm×50 mm(上宽×下宽×高度)。对不同开沟方式对水稻出苗、水稻产量及其构成因素的影响进行了对比试验,试验设3个处理:开水沟+开播种沟+机械穴播(W1)、开播种沟+机械穴播(W2)、不开沟+机械穴播(W3),选用杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为试验材料。研究结果表明,与"不开沟+穴播"播种方式相比,开播种沟的播种方式不仅可以保证穴播方式的成行成穴齐苗生长,还可提高水稻出苗率(培杂泰丰提高了13.4%~17.8%,玉香油占提高了12.3%~16.0%);结实率与产量极显著相关,有效穗数与产量亦具有显著相关性。综合考虑3者的变化程度及趋势,"播种沟+水沟+穴播"播种方式总体优势明显,较不开沟播种方式,在水稻产量方面最高可提高8.10%,且始终保持相对最高产量的效果。开沟装置的设计以及大田试验的验证对水稻机械化穴直播技术的推广应用有重要的指导意义。     

移动式土壤旋耕蒸汽消毒机的研制

为解决土壤连作障碍等引起的蔬菜种植问题,设计了一种可在旋耕作业的同时进行土壤蒸汽消毒的机具。机具主要由旋耕装置、蒸汽发生器、补水装置、蒸汽输送系统、消毒罩、可拆卸消毒毛管等组成。通过热量平衡分析得出,在土壤宽120 cm、深15 cm时,土壤消毒到60℃时所需蒸汽功率为87.78 kW,而当土壤蒸汽消毒机蒸汽发生器出口压强为0.6 MPa,温度为158.86℃时,能提供的蒸汽功率为97.35 kW,系统损耗为0.61 kW,可满足土壤消毒的热量需求。田间试验表明:当蒸汽发生器出口蒸汽压强为0.6 MPa,温度为158.86℃,机具旋耕行走速度为0.035 m/s,消毒毛管管径15 mm,间距为180 mm时,深度15 cm土壤消毒后温度在58.9~70.6℃之间,可满足土壤旋耕消毒的温度要求。     

山地果园开沟机倾斜螺旋式开沟部件设计与优化

为缓解中国山地果园开沟施肥作业中,可用开沟机型短缺、已有开沟机型普遍存在开沟功耗高、开沟稳定性差的问题,该文设计并优化了山地果园开沟机倾斜螺旋式开沟部件,进行了直刃刀、曲刃刀与齿形刀对比试验和齿形刀开沟刀片结构参数优化仿真试验。为验证优化效果及分析作业参数对开沟功耗的影响,进行了开沟作业参数对开沟功耗影响试验。试验结果表明:开沟功耗方面曲刃刀与齿形刀较优且差异不大,直刃刀较差;开沟沟深稳定性方面3者比较接近。利用响应面分析方法和EDEM软件建立了齿形刀结构参数优化仿真模型,仿真结果表明:对开沟功耗影响显著顺序为折弯角刃角安装角齿形。优化后结构参数为安装角4.5?,折弯角49?,刃角21?,原齿倍数1.25,对应开沟功耗为9.73kW。对开沟功耗影响显著顺序为沟深前进速度开沟转速;转速为566r/min时,开沟功耗较低。优化后开沟功耗降低12.80%,沟深稳定性系数提高1.18%。对比现有开沟机,开沟功耗降低22.22%,沟深稳定性系数提高7.2%～8.5%。研究结果可为山地果园开沟机开沟部件结构设计和开沟刀片结构参数优化提供参考。     

非对称式大小圆盘开沟装置设计与试验

为解决东北一年一熟区玉米秸秆覆盖地免耕播种玉米存在的秸秆覆盖量大导致机具堵塞严重和双圆盘开沟器入土困难等问题,该文设计了一种非对称式大小圆盘开沟装置,该装置采用大、小圆盘一前一后非对称设置,大圆盘预先切割秸秆、残茬,小圆盘完成秸秆拨离并开出种沟,为玉米免耕播种提供清洁种床。无秸秆覆盖下的EDEM离散元仿真试验和田间试验,预先验证了开沟装置的作业性能。秸秆覆盖下的田间试验表明:该装置在秸秆覆盖条件下仍可实现较为稳定可靠的开沟效果,平均开沟深度为71.41 mm,平均开沟宽度为38.27 mm,满足玉米免耕播种作业要求;不同秸秆覆盖条件下,该装置作业流畅、种沟整洁,无明显堵塞和连续晾仔、断条现象,切茬、入土性能良好。该研究可为玉米少免耕播种开沟装置的改进及研发提供理论支持和技术基础。     

同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机设计与试验

根据水稻旱直播同步施肥播种的农艺要求,研制了一种同步开沟起垄施肥水稻精量旱穴直播机,可同步完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业。该机器在2BDH-8型水稻精量旱穴直播机上增加施肥装置改装而成,根据水稻旱穴直播施肥农艺要求设计了排肥动力传动系统、排肥系统和施肥开沟器,排种、排肥动力均来自于拖拉机;采用锐角式施肥沟开沟器,在距种沟水平距离100～120mm处开出宽50mm、深50～70mm的施肥沟;采用外槽轮式排肥器将肥料排入施肥沟底,施肥后由播种机拖板刮土覆盖施肥沟。生产试验结果表明,机械定位深施肥的节肥增产效果明显,同等施肥量条件下,机械施肥播种处理与人工施肥播种处理相比,水稻分蘖能力平均增加6.9穗/蔸,增幅25.2%;相对叶绿素含量(SPAD值)平均增加8.9,增幅29.8%;氮素利用效率绝对值提高13.78%,增幅22.3%;氮素偏生产力每千克氮提高20.54kg,增幅46.3%;产量增加1411.5kg/hm2,增幅29.5%。同步开沟起垄施肥水稻精量旱直播机能同时完成开沟、起垄、施肥、覆盖和播种作业,且与人工施肥播种相比增产显著,研究结果可为指导水稻旱直播定位深施肥节氮栽培提供理论依据。     

旋转圆盘式开沟机的改造试验

针对现有开沟机不能适应西南丘陵山区开沟作业的问题,通过对前置式圆盘弯刀式开沟机的技术分析和结构改造,实现农艺要求的开沟效果。田间试验表明,开沟部件田间开沟作业性能良好,工作可靠,能够基本满足丘陵山区开沟作业要求。     

低功耗小型立轴式深耕机分段螺旋旋耕刀具的研制

丘陵山地普遍使用微耕机进行耕地作业,长期浅耕带来了土壤板结、蓄水保墒能力下降等问题,亟需适应丘陵山地地形的小型深耕机进行深耕作业。为降低深耕作业刀具的功率消耗,该文研究了一种基于立式铣削、具有上翻下松作业特征的立轴式分段螺旋旋耕刀具,该刀具由立轴刀盘与沿其圆周方向均布的3把分段非连续螺旋型刀片组成。通过运动分析,建立了分段螺旋刀片运动参数模型,对刀片结构参数、刀具结构及工作参数进行了设计。基于光滑粒子流体动力学方法对设计的分段螺旋刀片作业过程中的土壤粒子运动、切削阻力及功率消耗等进行了分析,并试制样件进行了功率消耗及作业效果的实际测试。仿真结果表明:相对于传统立式直角旋耕刀片,分段螺旋刀片具有明显的上翻下松效果,切削阻力降低了37.5%,切削阻力波动范围平均值降低了60.6%,功率消耗降低了47.6%。土槽实测表明:设计的立轴式分段螺旋刀具实际功率消耗为2.86 kW,比仿真值高11.28%,两者比较接近,验证了仿真结果的有效性;同时,实际耕深稳定性达到设计要求且对土壤有较好的碎土和抛土能力。该研究可为低功耗小型深耕机的研发奠定基础。     

斜置潜土逆转旋耕抛土仿真及试验

斜置潜土逆转旋耕是一种新的旋耕方式,研究其抛土机理对于优化设计斜置潜土逆转旋耕机有重要意义。该文在 LS-DYNA 平台上建立了斜置逆转旋耕抛土 SPH(smoothed particle hydrodynamics,即光滑粒子流体动力学方法)仿真模型,通过该模型对不同工况下的斜置潜土逆转旋耕抛土模拟仿真,得出了不同参数条件下斜置逆转旋耕时不同层的后抛土率,将相同条件下仿真得到的不同层的后抛土率和室内土槽试验得到的不同层的后抛土率进行了对比分析,验证结果表明,最大仿真误差为 12.50%,最小仿真误差为 0.20%,平均误差为 3.09%。应用校正的仿真模型,以斜置角、前进速度、潜土深度以及刀辊转速作为试验的 4 个因素,并对每个因素取 3 个水平,以后抛土率为试验指标,进行了斜置潜土逆转旋耕抛土虚拟正交试验。采用极差分析法、方差分析法以及回归分析法对试验结果进行了分析,数据分析结果表明,影响后抛土率的主次顺序依次为潜土深度、斜置角、前进速度和刀辊转速,后两者对后抛土率影响不显著,并且得出了潜土深度、斜置角与后抛土率的数学关系模型。根据虚拟试验结果优化了斜置潜土逆转旋耕机物理样机并且进行了田间试验,田间试验结果表明,斜置潜土逆转旋耕成功解决了旋耕机支架和中央传动箱体潜土的难题,并且用 R175 标准旋耕刀达到了 20 cm 的耕深,实现了短刀大深耕。     

犁翻旋耕复式作业耕整机的设计与试验

为了满足稻麦轮作耕作方式的整地需求,设计研制一款集翻耕、旋耕、秸秆粉碎还田等多道工序的犁翻旋耕复试作业整地机械。根据机器复试作业的特点,设计过程重点考虑犁耕与旋耕作业之间的交互作用,将旋耕机架整体向右侧偏置210 mm,且左、右旋耕刀辊内侧旋耕刀至副减速箱距离均为50 mm。根据实际田间作业情况,应用 EDEM 仿真软件进行虚拟田间作业仿真,仿真结果表明：碎土率为91.4%,地表平整度小于20 mm。在设计与仿真的基础上,进行田间试验,设计一组先犁耕后旋耕作业试验与犁旋耕整机复式作业相对照,田间试验表明：犁旋耕整机作业后,耕宽、耕深、地表平整度分别为1.98 m、21.6 cm、1.87 cm,耕深稳定系数、耕宽稳定系数、碎土率、植被覆盖率均达到90%以上,各项指标均优于二次整地模式,且在油耗、生产率指标上远远优于后者。该研究为复式整地机械的研制及交互性设计提供参考。     

基于旋耕覆土的冬小麦基肥分层定深施用装置设计

针对中国黄淮海地区冬小麦主产区基肥的无序、过量施用和利用率低等问题,该文在基肥分层施用农艺研究基础上,基于旋耕机覆土原理,提出了土壤后覆盖方式下的冬小麦基肥精准分层定深投送方法,并设计了冬小麦基肥分层定深施用装置,该装置可一次完成旋耕、分层施肥和镇压作业。其中旋耕机构配备变速齿轮传动箱,可以进行高、中、低3种转速之间的转换,选用国标IT245型号旋耕刀,在刀辊上按对称螺旋线布置;肥料分层投送机构配深层和浅层排肥管,用于深层和浅层肥料的投送作业。在北京小汤山精准农业示范基地进行了装置的田间作业性能试验,结果显示:装置在120、150和180 mm的3种耕深作业工况下,耕深最大误差为5 mm,耕深稳定性系数最小为93.84%,满足旋耕机构的作业性能技术要求;设置浅层和深层肥料的目标施用深度分别为80和150 mm,实际肥料施用深度稳定性系数分别为92.38%和95.11%、合格率分别为83.33%和90%,满足旋耕施肥装置的作业性能指标要求。该研究可以为冬小麦基肥的机械化精准分层定深施用技术提供装备支撑。     

深松旋耕碎土联合整地机设计与试验

为减少耕作阻力、改善土壤耕层结构、提高碎土率,该文对联合整地机的深松部件、碎土机构进行设计,设计了入土角度可控的自激振动深松铲,并建立了自激振动深松铲的运动学模型和力学模型,确定弹簧行程为15mm、负载为7 500～15 000 N,并确定了弹簧的结构参数。设计了具有二次碎土功能的笼状碎土辊,并依据农艺要求确定了其结构参数。通过室内土槽试验,验证了自激振动深松铲的减阻效果和耕作质量,并对整机的作业质量进行了田间测试。土槽试验结果表明:与对照相比,自激振动深松铲平均减阻9.22%,土壤蓬松度和土壤扰动系数分别为26.16%和77.21%,减阻效果明显,作业效果较好。田间试验结果表明:联合整地机的深松深度稳定系数、旋耕深度稳定系数、地表平整度和植被覆盖率分别为94.92%、92.50%、1.17 cm和93.36%;笼状碎土辊在整个试验过程中未出现土壤粘附和拥堵现象,碎土率为84.18%,加装普通齿状碎土辊机具的碎土率为71.41%,笼状碎土辊的碎土率提高了12.77个百分点,碎土效果明显改善。深松旋耕碎土联合整地机减阻效果明显、整地质量好,可有效改善土壤的耕层结构,降低土壤容重,提高蓄水保墒能力。     

复式耕整机耕深与耕宽稳定性分析与试验

针对设计的复式耕整机出现的耕作稳定性问题,结合复式耕整机整体结构及工作原理,从牵引、水平面内受力、机器振动3个角度分析影响耕作稳定性因素,确定影响耕作稳定性关键因素为牵引角、犁体配置斜角、旋耕刀升角。以牵引角、犁体配置斜角、旋耕刀升角为试验因素,以工况耕深稳定系数和工况耕宽稳定系数为性能评价指标进行二次正交旋转组合试验。正交试验结果表明:试验因素对评价指标影响程度从高到低皆为:犁体配置斜角、牵引角、旋耕升角,当各影响因素分别取值为17.3°、27.8°、72.6°时,工况耕深稳定系数和工况耕宽稳定系数分别为91.8%、93.4%。以影响因素最优参数组合为基础进行的验证试验结果表明:试验后工况耕深稳定系数和工况耕宽稳定系数为91.5%、93.1%,与软件分析结果基本一致,且其他耕作指标均达到农艺要求。该研究可为复式整地机械的耕作稳定性研究提供技术参考。     

保护性耕作条件下的深松技术试验（简报）

针对立柱式深松机在作业过程中存在的缠绕堵塞、牵引阻力大等问题,该研究提出在原深松铲前方加装一个松土铲或圆盘刀两套研究解决方案,研制了机具,并进行了田间对比试验研究。试验结果表明,带圆盘刀式深松机性能较好,相比立柱式深松机和带松土铲深松机,牵引阻力、油耗及松土沟的沟宽都有所降低;对作物残茬和杂草切割效果明显。带圆盘刀式深松机能有效地抑制作业后土壤水分的蒸发,可广泛用于秸秆覆盖条件下的深松作业。     

鼹鼠多趾结构特征仿生旋耕刀设计与试验

为减小旋耕刀切土扭矩来降低旋耕机功耗,同时提高旋耕机耕作质量,该文分析了鼹鼠前肢手掌多趾组合结构和趾尖轮廓曲线特征,利用二次高斯方程拟合五个趾尖轮廓曲线(R2 0.95和SSE 0.05),并基于拟合曲线,设计了具有鼹鼠多趾结构特征的仿生旋耕刀。通过田间试验,分析传统型和仿生型旋耕刀在不同机组前进速度、转速和耕深条件下的整机功耗、土壤破碎率和沟底压实情况,得到仿生结构特征对整机田间耕作性能的影响。结果表明,当前进速度从1 km/h增加到5 km/h时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小16.88%;当转速从254 r/min增加到267 r/min时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小17.00%;当耕深从80 mm增加到160 mm时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小21.80%。传统型旋耕刀耕后的沟底有压实现象,且沟脊高而宽,耕作效果不佳;而仿生型旋耕刀可以显著地降低耕后沟底被压实的风险,沟底平整,可进一步减小耕作功耗。2种类型旋耕刀在不同耕作条件下的整机土壤破碎率耕深稳定性、耕宽稳定性、耕后地表植被覆盖率、耕后地表平整度和土壤蓬松度在数值上相差不大,且均满足国标要求。研究结果对实现旋耕刀减阻降耗和改善耕作质量具有一定的启发。