玉米秸秆粉碎抛撒还田机的设计与秸秆运动特性研究

发布时间：2020-04-19 11:52

【摘要】：秸秆粉碎还田机是实现机械化秸秆还田的最主要机具,但现有秸秆粉碎还田机作业多存在秸秆粉碎长短不一、碎秆覆盖不均匀等问题。本文以玉米秸秆粉碎均匀抛撒还田为目标,设计了一种碎秆抛撒特性可调节的秸秆粉碎抛撒还田机,并基于设计的机器分别对秸秆粉碎抛撒过程、粉碎室内流场特性和粉碎室内秸秆颗粒群运动等方面进行了研究。论文取得的主要创新成果如下:(1)秸秆粉碎抛撒还田机主要由曲面机壳、粉碎装置、抛撒装置和传动装置等组成,可以实现玉米秸秆的粉碎和粉碎后秸秆的抛撒还田。田间试验表明,在拖拉机前进速度为1.8m/s,秸秆平均含水率为78.4%,拖拉机动力输出轴转速为540 rpm时,秸秆粉碎长度合格率达90.01%,平均抛撒幅宽达2223.3 mm,平均留茬高度为62.0 mm,抛撒不均匀度为22.95%。(2)根据秸秆形状和空间位置的变化,将秸秆粉碎抛撒还田机的工作过程划分为秸秆切断过程、断秆随动过程、断秆切碎过程和碎秆抛撒过程4个阶段,并建立了各个阶段的动力学方程。试验结果表明,在不同的秸秆粉碎抛撒还田机工作参数下,秸秆抛撒距离和幅宽的试验值与计算值均具有相同的变化趋势。依据秸秆抛撒曲线提出了重叠相邻两抛撒幅宽内秸秆的方法来提高地表秸秆覆盖均匀性,分别计算了机器同向行驶重叠和往复行驶重叠两种重叠方式下的秸秆抛撒均匀度,其中同向行驶重叠方式使秸秆抛撒均匀度平均增加了 4.9%,往复行驶重叠方式使秸秆抛撒均匀度平均增加了 8.1%。(3)建立了秸秆粉碎抛撒还田机粉碎室CFD(Computational Fluid Dynamics)数值计算模型,分析了粉碎室内流场分布特性,进一步分析了机器设计参数对粉碎室内流场和机器工作性能的影响。数值计算结果表明,粉碎室入口处产生了负压区,粉碎室内产生了大量的涡流区。增大粉碎刀轴转速提高了秸秆在粉碎室内的流动性,但增加扇形叶片数会降低秸秆流动性。增大粉碎刀刀尖与机壳间隙提高了秸秆的喂入性和流动性,但降低了秸秆的抛撒特性。在机壳出口处安装导向叶片改善了秸秆的流动性和抛撒特性,而增加机器前进速度会降低秸秆的喂入性和流动性。(4)建立了粉碎室内秸秆颗粒群运动的 CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)数值计算模型,分析了秸秆颗粒群在运动过程中受力、轨迹、取向角等的变化以及粉碎刀轴转速对秸秆抛撒均匀度等的影响。数值计算结果表明,粉碎室内大部分的秸秆与壁面多次碰撞后从机壳顶部流出,且粉碎室内秸秆数量先急剧增加然后趋于稳定。秸秆-秸秆间作用力和秸秆-壁面间作用力比秸秆-空气间作用力大得多。粉碎刀轴转速对秸秆俯仰角的影响较小,但对秸秆偏航角的影响较大。随着粉碎刀轴转速的增加,粉碎刀轴转速对秸秆抛撒均匀度的影响逐渐减小并趋于稳定。
【图文】：

图１－邋２邋２ＪＱＰ－１５６０型双辊秸秆切碎抛撒机【６７】逦图丨－３滚刀式秸秆粉碎还田机［７0］逡逑③滚刀式秸秆粉碎还田机逡逑

图１－邋１典型甩刀式秸秆粉碎还田机逡逑
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S224.29

【参考文献】

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本文编号：2633273