仿蚯蚓运动多功能开沟器设计与试验研究

发布时间：2020-04-15 08:12

【摘要】：针对东北黑土区土壤侵蚀严重、春耕时土壤含水率低等问题,近年来东北地区逐渐采取以秋季秸秆覆盖还田,春季免耕播种为主的保护性耕作模式,其可起到蓄水保墒,固土减蚀的作用。但是,秸秆覆盖还田作业易在土壤表面形成绝热层,免耕作业又使得土壤孔隙度显著降低,致使春季播种作业时耕种层土壤难以吸收热量,土壤积温不足,影响作物生长发育。农业机械中的播种作业部件可通过影响土壤的物理特性进而改善土壤温度和土壤含水率,因此研究适宜的播种作业部件是提高土壤温度有效方法之一。播种作业理想的种床土壤结构是“上虚下实”的,即种上土壤相对疏松,种下土壤相对紧实。开沟装置是播种作业时开出种沟、塑造种床结构的核心部件,因而可以通过开沟装置塑造出理想种床土壤结构以提高种床土壤的温度和含水率。播种作业时开沟装置作业时多采用被动作用式仿形,难以依据作业地表的起伏以及土壤坚实度的变化而实时调整,以保证对种沟的镇压力和开沟深度保持稳定不变。因此,有必要研究一种可以塑造优质种床土壤结构,同时保证对种沟的镇压力以及开沟深度稳定不变的开沟装置。本文所设计的开沟装置—仿蚯蚓运动多功能开沟器设计分为两部分:仿蚯蚓运动多功能开沟器结构设计和种沟镇压力自动调节系统设计。仿蚯蚓运动多功能开沟器结构设计可模拟出蚯蚓在土壤中的运动时体表特征形态变化,开出种沟的同时松碎土壤,塑造大孔隙含量较多、质地较为松软的种上土壤结构以加快土壤与外界热量交换、提高土壤温度,同时具有一定的仿形能力;镇压力自动调节系统能够依据不同的作业地表状态,实时有效的调整镇压力以保证开沟深度和种沟镇压的稳定性,同时可以塑造大孔隙含量较少、适宜紧实的种下土壤结构以增强种沟土壤的毛细管导水能力、提高土壤含水率。通过理论分析,得到影响仿蚯蚓运动多功能开沟器松土效果的因素为机具作业速度、波纹圆盘波峰数量以及波纹圆盘凸起高度。通过运用Design-Expert软件设计并进行了田间参数优化试验,并对试验结果进行方差分析,得到三个因素对平均土壤含水率(0~100mm)显著性的影响顺序依次为:波峰数量、凸起高度、作业速度,对平均土壤含水率(0~100mm)为:波峰数量、作业速度、凸起高度,三个因素对平均出苗时间显著性的影响顺序依次为:凸起高度、波峰数量、作业速度。以平均出苗时间最早为主要寻优指标,最终得到仿蚯蚓运动多功能开沟器结构的最佳参数组合为:作业速度为8km/h,波纹圆盘凸起高度为6mm,波纹圆盘波峰数量为15个。镇压力自动控制系统主要由镇压力调节机构、镇压力自动调节系统硬件和镇压力自动调节系统的程序组成。通过镇压力标定试验,确定了镇压力与直线位移传感器输出信号数据间的数学关系模型。通过土槽试验,得到在预设3种镇压强度下,镇压力自动调节系统能够依据不同的作业地表状态,实时有效的调节镇压力以保证对种沟镇压的稳定性,并完全满足作业要求。进行了田间综合试验,得到采用最佳参数组合后的仿蚯蚓运动多功能开沟器相较于V型双圆盘开沟装置,可分别提高平均土壤含水率(0~100mm)2.7%,提高平均土壤温度(0~100mm)0.7℃,提前大豆平均出苗时间0.77天。得到在1500N、1600N、1700N三种镇压强度下,当施加镇压力为1600N时土壤含水率提升效果最显著。开启镇压力自动调节系后开沟器能够依据土壤坚实度的变化、地表的起伏变化实时调节镇压力,并且在作业过程中能够对种沟的镇压能够始终维持较高的稳定性。
【图文】：

示意图,种床,土壤结构,示意图

图 1.1 优质种床土壤结构示意图现大孔隙数量的增多有助于提高保作物根部良好充氧状况。Durr种上土壤更容易因植物器官的的前提下快速出苗，，促进幼苗快过分压实使降水下渗困难，形[31]等人研究得出，当种子萌发时土，出苗率大大降低。因此，大于地表水分渗透、作物根部充氧的种下土壤压实处理后，种床一致性[32]。而出苗的一致性影响株较高且根系发达，它们会和行致晚出苗植株叶面积较少、叶量下降[27]。Iqbal M[33]等人研究

技术路线图

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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.19

【参考文献】