轻便式嵌膜机开沟器的设计与研究

发布时间：2020-05-17 01:47

【摘要】：地膜覆盖栽培技术作为现代农业中的一项重要管理技术,能够保温保墒、改良土壤的理化性质、提高土壤的养分含量,在农作物的种植生产过程中发挥着巨大的作用。而在我国西南丘陵山区,现有的覆膜方式为了保证覆膜密闭性,有相当部分的地膜被延伸至垄沟中,并覆以一定厚度的泥土,大大增加了后期地膜拾取和回收的难度。为解决上述问题,本文针对我国西南丘陵山区烟田起垄后嵌膜作业的要求,对轻便式嵌膜机的开沟器进行了研究,主要内容有:以目前丘陵山区起垄覆膜作业现状的调研结果为导向,秉承农机与农艺相结合的原则,采用卧式旋转开沟方式,在靠近垄体的两侧垄沟中一次性完成开沟、嵌膜和填土作业。通过前期在贵州烟区进行实地试验,提出了嵌膜机的开沟深度为50mm、开沟宽度为15 mm等相关设计参数,并对轻便式嵌膜机的整机结构进行了初步设计。开沟器通过电机驱动,根据刀具安装角度不同,开沟器分为了3种形式。在满足嵌膜作业农艺要求的基础上,为了降低开沟作业功耗、提高嵌膜机的作业效率,通过数学计算和理论分析建立了土壤粒子在开沟器刀具作用下的运动学和动力学模型。综合运用ANSYS LS-DYNA和LS-PrePost软件对3种开沟器刀具切削土壤的过程进行了数值模拟和分析,通过综合比较,确定刀具I型开沟器作为嵌膜机的开沟器。数值模拟结果表明:在刀具转速为150 r/min、前进速度为1.25km/h、开沟深度为50 mm的工况下,刀具I型开沟器切削土壤的平均功耗为20.0W。用电机拖动该开沟器刀具进行土壤切削试验,在土壤含水率为21.8%的环境下,得到刀具切削土壤的平均功耗为20.8 W,与数值模拟结果的相对误差为4%。选取对切削土壤功耗影响明显的刀具转速、前进速度和开沟深度作为试验因子,设计单因素试验和响应面试验。运用ANSYS LS-DYNA软件对响应面试验进行虚拟试验研究,建立起刀具切削土壤功耗与刀具转速、前进速度和开沟深度的回归方程。运用Design-Expert软件中的Optimum对得到的回归方程数学模型进行优化,其结果表明:当刀具转速为130 r/min、前进速度为1.5 km/h、开沟深度为50 mm时,开沟器刀具作业工况最优,平均功率为22.9 W。运用ANSYS LS-DYNA软件对优化得到的刀具工况参数进行虚拟验证,结果表明:在刀具转速为130 r/min、前进速度为1.5 km/h、开沟深度为50 mm的条件下刀具切削土壤的平均功率为23.9 W,与优化结果的相对误差分别为4.37%。运用开沟器功率消耗测量平台对优化后的刀具工况参数进行试验,结果表明:刀具切削土壤的平均功率为24.6 W,与优化结果的相对误差分别为7.35%。
【图文】：

图 1-1 初春保温地膜图 1-2 防涝地膜Fig. 1-1 Heat preservation film in early spring Fig. 1-2 Waterproof film（3）改良了土壤的理化性质地膜覆盖后，减少了土壤表面受到风吹、雨淋的破坏，避免了因中耕、除草、施肥、浇水等环节人工或机械作业的碾压而造成的土壤板结，与露地条件相比，土壤粒度、孔隙度和三相成分等更优，其直接效果是提高土壤的含水率和增强根的呼吸作用。（4）提高了土壤中的养分含量地膜覆盖一方面减少了雨水冲刷和不合理的灌溉带来的土壤中养分流失，另一方面由于地膜为膜下土壤构建了适宜的温度和湿度环境，土壤中微生物的活动更加频繁，加速了有机物质的分解、转化，从而提高了速效性氮、磷、钾的含量[4,5]。目前的地膜覆盖种植技术已经广泛用于蔬菜作物、水果作物、粮食作物、经济作物等 50 余种农作物的种植生产中[6,7]。截止 2015 年，我国的地膜覆盖面积就达到了 1833 万 hm2，占到了世界地膜应用总量的 90%；近年来在全国范围内应用推广的面积累计达 5000 万 hm2，约占世界总面积的 61%[8]。

图 1-1 初春保温地膜图 1-2 防涝地膜Fig. 1-1 Heat preservation film in early spring Fig. 1-2 Waterproof film（3）改良了土壤的理化性质地膜覆盖后，减少了土壤表面受到风吹、雨淋的破坏，避免了因中耕、除草、施肥、浇水等环节人工或机械作业的碾压而造成的土壤板结，与露地条件相比，土壤粒度、孔隙度和三相成分等更优，，其直接效果是提高土壤的含水率和增强根的呼吸作用。（4）提高了土壤中的养分含量地膜覆盖一方面减少了雨水冲刷和不合理的灌溉带来的土壤中养分流失，另一方面由于地膜为膜下土壤构建了适宜的温度和湿度环境，土壤中微生物的活动更加频繁，加速了有机物质的分解、转化，从而提高了速效性氮、磷、钾的含量[4,5]。目前的地膜覆盖种植技术已经广泛用于蔬菜作物、水果作物、粮食作物、经济作物等 50 余种农作物的种植生产中[6,7]。截止 2015 年，我国的地膜覆盖面积就达到了 1833 万 hm2，占到了世界地膜应用总量的 90%；近年来在全国范围内应用推广的面积累计达 5000 万 hm2，约占世界总面积的 61%[8]。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.5

【参考文献】