免耕条件下破茬深松装置设计与试验

发布时间：2020-11-21 10:37

　　 随着传统耕作模式带来的土壤有机质含量逐渐降低,免耕耕作的需求日益增加,因此对免耕耕作模式的作业要求也越来越高。深松技术是免耕耕作模式的主要技术之一,本文针对深松作业时土壤扰动大、耕作阻力大、深松土块残留较大等问题,设计了破茬深松装置,并分别对深松铲和破茬碎土刀两个部件进行对比试验,验证其单独部件优良性,在此基础上对装置进行优化试验,得到最优工作参数组合。文章在综合研究国内外免耕研究成果的基础上,针对东北玉米垄作地区免耕地存在的问题,采用试验探究、理论分析及试验验证相结合的方法,对破茬深松装置进行了研究。本文的主要研究如下:(1)设计了拟合曲线型深松铲。采用离散元软件模拟深松铲铲尖在土壤中的运动,并依据仿真试验结果获得铲尖上方土壤颗粒运动轨迹的拟合曲线和拟合方程,采用线元设计法对线形优化,获得铲柄外形曲线;同时设计了铲柄刃部,确定切削刃角为40°、入土角为21°,并通过铲柄与铲尖的互作效应试验验证了设计思路的合理性,得到了拟合曲线型深松铲。(2)设计了破茬碎土刀。结合装置部件之间互作效应时的运动学分析及深松铲的田间探究试验,确定破茬碎土刀刃口曲线与地面夹角为10~70°,破茬碎土刀最小半径为180 mm,中间半径为215 mm,最大半径为235 mm,深松铲与破茬碎土刀的最小间隙为20 mm,并运用离散元仿真试验为部件配合设计的合理性提供依据。(3)通过土槽和田间对比试验,验证了拟合曲线型深松铲的作业性能。土槽对比试验结果表明拟合曲线型深松铲比折线式深松铲土壤扰动量减少了53.60%,耕作阻力减少了36.23%;比圆弧式深松铲土壤扰动量减少了66.18%,耕作阻力减少了29.18%。田间对比试验结果表明,拟合曲线、折线式、圆弧式深松铲的回土面积分别为7745.4、4278.6、3136.4 mm~2。因此对比试验说明拟合曲线型深松铲深松作业时土壤扰动量较小,符合保护性耕作的要求。(4)通过仿真试验和田间对比试验,验证与拟合曲线型深松铲互作效应的破茬碎土刀的作业性能。离散元仿真对比试验表明,深松铲—破茬碎土刀互作效应比深松铲—破茬碎土刀、圆盘刀、缺口破茬刀分离作用时,破茬碎土刀阻力分别减小25.1%、16%、31.5%;深松铲—破茬碎土刀阻力分别减小了8.3%、4.5%、14.9%;碎土效果分别增加了11.5%、98.5%、157%。田间性能试验表明,互作效应装置与参照指标相比,破茬比率提高10.92%、碎土率提高6.04%、耗油量降低31.39%;田间对比试验表明,互作效应的破茬碎土刀比分离作用的破茬碎土刀、圆盘刀、缺口破茬刀,在相同工况下,平均破茬比率分别增加了3.53%、19.38%、8.86%;在不同工况下,比分离作用的圆盘刀,平均载重每降低20 kg,破茬比率提高13.8%,耗油量减小7%,平均载重每降低40 kg,破茬比率提高5.82%,耗油量减小21.82%,比分离作用的缺口破茬刀,平均载重每降低20 kg,破茬比率提高4.5%,耗油量减小了12.79%。(5)通过仿真试验和田间试验对整个装置的工作参数进行优化。仿真试验结果表明,影响装置功耗的主次因素为作业速度、深松深度、装置载重、破茬碎土刀与深松铲的距离;影响作业前后根茬压缩力减少量因素的主次顺序为装置载重、深松深度、作业速度、破茬碎土刀与深松铲的距离;当装置载重106.75 kg、作业速度0.43 m/s、深松深度266.45 mm、破茬碎土刀与深松铲的距离为332.12 mm时,装置功耗为0.6072 kW,作业前后根茬压缩力减少量为411.506 N,作业效果最优。田间试验结果表明,破茬深松装置优化结果组合与传统机具参照指标相比,深松深度稳定性提高14%,破茬比率提高15.05%,碎土率提高6.17%,功耗降低48.6%,耗油量降低13.8%。优化后的破茬深松装置性能有较大提升,满足保护性耕作要求。本文设计的破茬深松装置能够利用深松铲与破茬碎土刀的互作效应增强装置的作业性能与作业效果,为深松、破茬、碎土等农机具部件的设计提供可借鉴的思路。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S222
【部分图文】：

但在耕作阻力较大的深松作业中，要求深松铲的强度较高，后掠弧式深松铲往往存在作业过程中存在结构不稳定、使用寿命短的现象。图1-1 圆弧式深松铲Fig. 1-1 Circular subsoiler图1-2 后掠弧式深松铲Fig. 1-2 Swept back subsoiler倾斜式（折线式）深松铲铲柄如图 1-3，1-4 所示，倾斜式深松铲一般由 2-3 段线段组成，其铲柄呈现为拐点链接，无圆弧过渡，在作业过程中能够打破犁底层，起到很好的深松作用。但在深松作业过程中耕作阻力较大，土壤扰动量较大，土壤墒情损失严重，长时间的深松作业铲柄的拐点处会出现应力集中现象，对深松铲的磨损比较严重。图1-3 倾斜式深松铲Fig. 1-3 Inclined subsoiler图1-4 折线式深松铲Fig. 1-4 Polygonal subsoiler

图1-1 圆弧式深松铲Fig. 1-1 Circular subsoiler图1-2 后掠弧式深松铲Fig. 1-2 Swept back subsoiler倾斜式（折线式）深松铲铲柄如图 1-3，1-4 所示，倾斜式深松铲一般由 2-3 段线段组成，其铲柄呈现为拐点链接，无圆弧过渡，在作业过程中能够打破犁底层，起到很好的深松作用。但在深松作业过程中耕作阻力较大，土壤扰动量较大，土壤墒情损失严重，长时间的深松作业铲柄的拐点处会出现应力集中现象，对深松铲的磨损比较严重。图1-3 倾斜式深松铲Fig. 1-3 Inclined subsoiler图1-4 折线式深松铲Fig. 1-4 Polygonal subsoiler

但在深松作业过程中耕作阻力较大，土壤扰动量较大，土壤墒情损失严重，长时间的深松作业铲柄的拐点处会出现应力集中现象，对深松铲的磨损比较严重。图1-3 倾斜式深松铲Fig. 1-3 Inclined subsoiler图1-4 折线式深松铲Fig. 1-4 Polygonal subsoiler
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王宏立;;国产和西班牙产破茬刀摩擦磨损性能对比研究[J];黑龙江八一农垦大学学报;2016年04期

2 孙茸茸;李问盈;李洪文;;垄作玉米免耕播种机破茬装置设计与试验[J];农业机械学报;2008年08期

3 沈卫强,杨军,李忠新;免耕播种机破茬与开沟部件的特点及配置形式[J];新疆农机化;2004年04期

4 张迅;吴美珍;杜志高;;分体式免耕播种机破茬机构[J];新疆农机化;2011年04期

5 林静;李宝筏;李宏哲;;阿基米德螺线型破茬开沟和切拨防堵装置的设计与试验[J];农业工程学报;2015年17期

6 韦丽君;陈廷卫;张邦成;范旭辉;;免耕播种机新型圆盘式破茬刀设计与优化[J];农机化研究;2014年10期

7 林静;李博;李宝筏;刘明国;胡艳清;;东北地区玉米垄作免耕播种机破茬装置的研究[J];沈阳农业大学学报;2013年02期

8 吴仕宏;李宝筏;包文育;;新型垄作耕播机破茬清垄装置的研究[J];农机化研究;2007年01期

9 吴仕宏;李宝筏;包文育;;玉米免耕破茬室内试验装置的研究设计[J];农机化研究;2006年04期

10 贾洪雷;郭明卓;郭春江;郑健;张成亮;赵佳乐;;免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化[J];农业机械学报;2018年10期

相关博士学位论文 前4条

1 包文育;东北垄作免耕播种机关键部件研究与整机设计[D];沈阳农业大学;2009年

2 白晓虎;免耕播种机关键部件及其参数化设计方法研究[D];沈阳农业大学;2012年

3 蒋金琳;玉米免耕播种机切茬挖茬装置研究[D];中国农业大学;2004年

4 赵佳乐;留茬行间交替耕作模式配套播种机关键技术研究[D];吉林大学;2015年

相关硕士学位论文 前8条

1 王加一;免耕条件下破茬深松装置设计与试验[D];东北农业大学;2019年

2 姜铁军;免耕播种机轮齿式破茬机构设计与试验研究[D];吉林大学;2013年

3 刘华伟;舵轮式破茬免耕玉米播种机研究[D];山东理工大学;2011年

4 陆泽城;圆盘破茬刀切割玉米根茬运动特性测试装置的设计与试验研究[D];沈阳农业大学;2016年

5 韩国靖;2BY-2硬茬播种机的研究[D];吉林大学;2007年

6 陈廷卫;节能减阻免耕播种机具入土工作部件的优化设计[D];长春工业大学;2014年

7 王刚;基于ADAMS秸秆粉碎破茬联合作业机关键工作部件设计研究[D];河南科技大学;2010年

8 刘正道;小麦免耕播种关键技术研究与装备研发[D];西北农林科技大学;2016年

本文编号：2892885