免耕播种机仿生自适应拨茬装置设计与试验研究

发布时间：2020-06-18 06:19

【摘要】：保护性耕作是中国现代化农业的发展趋势,是提高农作物产量和保护生态环境的有效措施。免耕覆盖播种是保护性耕作中一项先进的耕作技术,具有防止水土流失,增加土壤有机质以及节能、省工、省种等优点。但在实际生产过程中,由于地表覆盖大量的粉碎秸秆使免耕播种机的播种开沟装置刮草严重,出现堵塞现象,使其无法进行正常的播种作业。拨茬机构是免耕播种机上用于清除种床上秸秆和残茬,为播种单体提供优良播种环境的关键部件。目前,我国推广使用的免耕播种机拨茬机构,虽然基本可以达到免耕的作业要求,但因为其结构较为简单,当秸秆覆盖量较大时,拨茬机构会被缠绕,无法正常工作;当地表起伏较大时,拨茬机构会发生跳动,降低了清秸率,也无法保证作业幅宽的一致性。针对目前被动轮盘式拨茬机构存在的问题,本文通过对鼹鼠前爪运动功能形态及爪趾几何结构进行定量分析,确定了拨茬机构的仿生原型,优化获得了仿生拨茬机构。利用离散元仿真软件对所设计的仿生拨茬机构进行仿真试验,在前进速度为8km/h时,仿生拨茬机构的清秸率较传统拨茬机构提高了11.64%,土壤损失率降低了10.29%,所受阻力变化范围由110N~240N之间降低到30N~140N之间。在仿生拨茬机构上增加了自适应拨茬系统,该系统主要包括信号采集模块和由气压传动系统组成的控制系统。其中,信号采集模块用于实时监测和采集拨茬机构在地表起伏或秸秆覆盖不均时的对地压力变化;控制系统则根据此变化调节气动系统给拨茬机构提供相应的下压力,从而确保拨茬机构工作幅宽的一致性,并提高了清秸率。为得到气压传动系统准确可靠的输出压力,本文利用模糊控制算法对其输出的压力进行控制,并通过仿真试验和压力测试试验测试了其响应效果。为了检验系统的响应时间和实际的作业性能,对免耕播种机仿生自适应拨茬装置进行了系统响应测试试验和田间对比试验。试验结果表明,在设置拨茬机构的作业幅宽为20cm时,系统的响应时间为0.2s,且空气弹簧可以输出1200N的压力;仿生自适应拨茬装置对比普通拨茬机构,在6km/h、7km/h和8km/h三种作业速度下,其工作幅宽变异系数分别减小了8.2%、9.8%和10.4%,清秸率分别提高了13.2%、15.0%、17.0%。仿生自适应拨茬装置在工作幅宽稳定性和清秸率上均优于普通拨茬机构,其能够满足农艺设计要求,可为播种单体清理出一条清洁且幅宽稳定的条带播种区域。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S223.2
【图文】：

弹齿,尖齿,生产成本,圆盘犁

提高开沟器的开沟能力，增强播种作业质量[23-25]。.1 国外研究现状国外在 20 世纪 40 年代就认识到了保护性耕作的重要性，经过多年的发展，其相机械作业设备已较为成熟，研制出了适合当地的耕作模式和许多清理秸秆的作业9]。目前，国外的免耕播种机主要采用被动轮盘式拨茬机构，这种机构可减少土壤提高保墒效果，且作业阻力较低[30-33]。清秸盘是拨茬机构的核心工作部件，如图 1.1 所示为目前国外相关作业机具上安清秸盘。图 1.1 a 的结构与圆盘犁相似，其清秸率较高，但会造成较大的土壤扰作阻力较大，作业时消耗的动力高，已逐渐被淘汰[34]；图 1.1 b 为带有弹齿结构，弹齿通过卡盘固定为统一的整体，作业时需要将其安装在机具的最前端，其回大且生产成本较高；图 1.1 c、d 是现在应用最多的两种清秸盘，c 为平面尖齿式d 为平面切刃式清秸盘，机具在作业时尖齿或切刃部分与地面接触，可有效切断秸壤的扰动较小，具有不错的清秸作业质量，且生产成本较低，已成为多数农业机的主要生产或采购对象[35.36]。

安装方式,机构

d. e. f.图 1.2 清秸装置的安装方式Fig.1.2 Installation of the straw removal deviceA1320N 型拨茬机构为 Martin 公司研究开发，相比于传统拨茬机构，该设备动量小，可以有效清除种沟的残茬，且降低了作业阻力，可在含水率较高的业，在同一轴上安装了拨茬机构与限深轮，使其不会相对转动，提高了作业稳可以有效保留土壤水分，适用于多种耕作模式的播种单体和保护性耕作模wn 公司开发研制的 5010型可调式悬浮拨茬机构是一个可通过液压调节作业拨茬机构，该设备可利用安装在免耕播种机上的控制模块，在 0~540N 之间对地面的压力。当作业过程中遇到地表起伏或者秸秆覆盖量变化较大时，可置调节悬浮机构使其提高或者降低拨茬机构对地面的压力，提高作业幅宽的率。国内研究现状内对免耕播种机拨茬机构研究较国外而言起步较晚，但经过国内学者对免耕

【参考文献】