水稻免耕精量旱穴直播机设计与试验
发布时间：2023-01-12 09:31
近年来,传统耕作方式引起的水土流失、扬尘和沙尘暴天气频发、生态恶化等环境问题越来越引起人们的重视,保护性耕作技术是解决这些问题的重要措施之一。本文在分析国内外保护性耕作的基础上,针对我国水稻种植中用工多、人工成本高、南方稻区土壤含水率高、秸秆量大韧性强等问题,将保护性耕作技术和水稻精量直播技术相结合,借鉴保护性耕作中条带旋耕理念,提出了一种双列正置驱动缺口圆盘破茬技术,研制了水稻免耕精量旱穴直播机,对水稻免耕精量旱穴直播机的关键技术及部件进行了深入研究,包括测定了土壤相关参数,对南方稻区水稻根茬复合体剪切特性进行了测量和分析,在对三种破茬圆盘进行离散元仿真和土槽试验的基础上,设计了一种集双列正置驱动缺口圆盘破茬装置,平行四杆仿形机构、型孔轮式排种器和弹性地轮驱动于一体的水稻免耕精量旱穴直播机,进行了田间性能试验和生产试验,取得的主要研究成果如下:（1）根据南方稻区保护性耕作技术的要求,对南方稻区的土壤物理特性进行了测定,采用自制的剪切试验装置对水稻根茬-土壤复合体进行了剪切特性试验,试验结果表明:极限剪切应力与复合体的含水率呈二次多项式函数关系;与土壤容重呈幂函数关系;与根茬-土壤复合...
【文章页数】：205 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
1.1 研究背景和意义
1.2 我国水稻种植机械化现状
1.3 国内外水稻机械化直播技术发展及现状
1.4 国内外保护性耕作技术及机具的发展现状
1.4.1 国外保护性耕作技术和机具的研究现状
1.4.2 国内保护性耕作技术和机具的发展现状
1.4.3 保护性耕作技术在我国南方稻区的发展现状
1.4.4 保护性耕作技术在南方地区存在的问题
1.4.5 机械化保护性耕作的作用和意义
1.5 本课题的研究内容及方法
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究方法与技术路线
1.6 本章小结
第2章 水稻茬地土壤参数测定及水稻根茬-土壤复合体剪切特性试验研究
2.1 研究区域自然概况
2.2 水稻茬地土壤参数测定
2.2.1 土壤颗粒大小的测定
2.2.2 土壤含水率测定
2.2.3 土壤容重
2.2.4 土壤颗粒密度
2.2.5 土壤孔隙率
2.2.6 土壤内聚力和内摩擦系数的测定
2.2.7 土壤液塑限测定
2.2.8 土壤坚实度
2.2.9 结果与分析
2.3 水稻秸秆参数测定及切断试验
2.3.1 水稻秸秆参数测定
2.3.2 水稻秸秆切断转速试验
2.4 水稻根茬-土壤复合体结构特征及剪切特性试验研究
2.4.1 水稻根茬的外观形态以及结构特征
2.4.2 试验材料与试验方法及装置
2.4.2.1 试验材料及试验方法
2.4.2.2 试验设备与装置
2.4.2.3 剪切极限测定
2.4.2.4 试验方法
2.4.3 试验设计
2.4.3.1 单因素试验设计
2.4.3.2 正交试验设计
2.4.4 试验结果与分析
2.4.4.1 根土复合体含水率因素试验
2.4.4.2 根土复合体的土壤容重因素试验
2.4.4.3 水稻根茬直径对极限切割力的影响
2.4.4.4 切割位置对极限剪切应力的影响
2.4.4.5 剪切速度对极限剪切应力的影响
2.4.4.6 切刃刃角对极限剪切应力的影响
2.4.4.7 切刀形状对极限剪切应力的影响
2.4.4.8 正交试验结果与分析
2.5 本章小结
第3章 并列正置驱动缺口圆盘破茬防堵装置的设计与试验
3.1 国内外免耕播种机具破茬装置的研究现状
3.1.1 免耕播种机发生堵塞的形式
3.1.2 国外免耕机具防堵方案和防堵装置
3.1.3 国内免耕机具防堵方案和防堵装置
3.2 水稻茬地破茬防堵装置的设计与工作原理
3.2.1 破茬装置的初步选型和设计
3.2.2 刀片运动分析
3.2.3 驱动破茬防堵装置的功耗模型及其影响因素
3.2.3.1 建立目标函数
3.2.3.2 破茬装置功率计算
3.3 破茬装置的离散元仿真分析
3.3.1 离散元方法在土壤切削中的应用
3.3.2 驱动破茬装置的离散元模型
3.4 三种不同种类的圆盘破茬开沟性能土槽试验
3.4.1 试验设备
3.4.2 试验设计
3.4.3 结果与分析
3.5 稻茬地破茬装置的改进设计与参数优化
3.5.1 驱动圆盘尺寸设计
3.5.2 切割类型
3.5.3 砍切与砍滑切
3.5.4 圆盘刀滑切角的分析与设计
3.5.5 驱动圆盘刀安装角度设计与分析及有限元分析
3.6 本章小结
第4章 水稻免耕精量旱穴直播机整机设计
4.1 稻茬地水稻免耕精量穴旱穴直播机的设计依据
4.1.1 免耕栽培的农艺要求
4.1.2 免耕播种机工作要求
4.1.3 水稻免耕精量旱穴直播机设计原则
4.2 水稻免耕精量旱穴直播机工作原理与整机结构
4.2.1 整机结构
4.2.2 工作原理
4.2.3 主要技术参数
4.2.4 关键部件设计
4.2.5 传动设计
4.3 水稻免耕精量旱穴直播机开沟播种装置的选型与设计
4.3.1 播种机开沟器概述
4.3.2 开沟器工作原理和结构设计
4.4 仿形机构设计
4.4.1 仿形机构方案的确定
4.4.2 水稻免耕精量旱穴播机平行四杆仿形机构
4.4.3 四连杆机构参数的确定
4.5 本章小结
第5章 水稻免耕精量旱穴直播机田间性能试验和生产试验
5.1 水稻免耕精量旱穴直播机田间性能试验
5.1.1 试验地块情况
5.1.2 破茬性能试验
5.1.3 开沟性能试验
5.1.4 排种器性能试验
5.1.5 地轮滑移率试验
5.2 水稻机械免耕精量直播对水稻生长发育的影响
5.2.1 试验材料与设计
5.2.2 调查的项目和方法
5.2.3 试验数据和分析
5.3 水稻免耕精量旱穴直播机的田间生产试验
5.3.1 广东增城教学科研基地
5.3.2 广东惠州博罗水稻种植基地
5.3.3 湖南省益阳市大通湖区千山红农场
5.3.4 经济效益分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
6.3.1 机械免耕直播水稻的经验总结
6.3.2 机械免耕水稻直播在生产应该注意的问题
6.3.3 研究的不足和建议
致谢
参考文献
附录 攻读硕博学位期间科研活动和发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADAMS旋耕刀工作参数优化及ANSYS仿真分析[J]. 陈雪,张周,黄化刚,符德龙,张富贵,吴雪梅. 现代农业科技. 2018(02)
[2]中国粮食安全百年变化历程[J]. 成升魁,徐增让,谢高地,甄霖,王灵恩,郭金花,侯鹏,何中虎. 农学学报. 2018(01)
[3]国家粮食安全的新时代[J]. 聿曾. 农经. 2018(01)
[4]确保国家粮食安全,把中国人的饭碗牢牢端在自己手中[J]. 李崇光. 农经. 2018(01)
[5]深施肥机旋耕部件关键参数设计与试验[J]. 李绪,吴雪梅,高贵,周兵,丁飞,张富贵. 农机化研究. 2018(08)
[6]玉米免耕播种机主动式秸秆移位防堵装置的设计与试验[J]. 王韦韦,朱存玺,陈黎卿,李兆东,黄鑫,李金才. 农业工程学报. 2017(24)
[7]驱动圆盘犁埋草旋耕碎土作业机研究[J]. 徐敏. 农机科技推广. 2017(10)
[8]基于液压马达集中驱动的玉米免耕播种机设计与试验[J]. 杨壮,高琪珉,张银平,刁培松. 农机化研究. 2018(03)
[9]基于EDEM的轻型凿式深松铲土壤耕作载荷仿真分析[J]. 顿国强,陈海涛,李兴东,纪文义,朱海,宋文龙. 农机化研究. 2018(03)
[10]夏直播花生机械化技术的研究[J]. 刘献东. 农机使用与维修. 2017(08)
博士论文
[1]弹射式耳勺型水稻芽种播种装置机理分析与试验研究[D]. 田立权.东北农业大学 2017
[2]旱直播水稻在不同水分管理下高产高效的生理基础研究[D]. 刘宏岩.华中农业大学 2017
[3]免耕播种机偏转侧滑式防堵开沟器研究[D]. 张祥彩.中国农业大学 2016
[4]同步开沟起垄水稻机械化穴播技术研究[D]. 王在满.华南农业大学 2016
[5]基于离散元法的深松铲减阻及耕作效果研究[D]. 李博.西北农林科技大学 2016
[6]留茬行间交替耕作模式配套播种机关键技术研究[D]. 赵佳乐.吉林大学 2015
[7]基于离散元法的芯铧式开沟器优化设计与试验研究[D]. 潘世强.吉林大学 2015
[8]耕作措施对南方双季稻田碳、氮效应的影响[D]. 薛建福.中国农业大学 2015
[9]留高茬式玉米收获机切割部件的仿生设计及其切割机理[D]. 李常营.吉林大学 2014
[10]免耕播种机滑板压秆旋切式防堵技术与装置研究[D]. 卢彩云.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]基于离散元法的马铃薯挖掘铲工作阻力仿真与试验研究[D]. 赵吉喆.沈阳农业大学 2017
[2]玉米免耕移栽机的研制与试验[D]. 田仁广.沈阳农业大学 2017
[3]勺式水稻直播机的设计[D]. 许永磊.沈阳农业大学 2017
[4]秸秆条带还田对玉米根系分布及土壤理化特性的影响[D]. 安俊朋.沈阳农业大学 2017
[5]免耕播种机双圆盘开沟器结构参数对作业性能影响研究[D]. 禹栋栋.东北农业大学 2017
[6]玉米原茬地免耕覆秸播种同步比例回收秸秆关键技术研究[D]. 李昂.东北农业大学 2017
[7]基于DEM法的旋耕刀具耕作过程分析与研究[D]. 高亮.河北科技大学 2017
[8]免耕播种机凹面爪式清茬机构仿真与试验[D]. 余海波.吉林大学 2017
[9]仿生减阻双圆盘开沟器设计与研究[D]. 薛维良.吉林大学 2017
[10]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]. 陆泽城.沈阳农业大学 2016
本文编号：3729743
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 前言
1.1 研究背景和意义
1.2 我国水稻种植机械化现状
1.3 国内外水稻机械化直播技术发展及现状
1.4 国内外保护性耕作技术及机具的发展现状
1.4.1 国外保护性耕作技术和机具的研究现状
1.4.2 国内保护性耕作技术和机具的发展现状
1.4.3 保护性耕作技术在我国南方稻区的发展现状
1.4.4 保护性耕作技术在南方地区存在的问题
1.4.5 机械化保护性耕作的作用和意义
1.5 本课题的研究内容及方法
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究方法与技术路线
1.6 本章小结
第2章 水稻茬地土壤参数测定及水稻根茬-土壤复合体剪切特性试验研究
2.1 研究区域自然概况
2.2 水稻茬地土壤参数测定
2.2.1 土壤颗粒大小的测定
2.2.2 土壤含水率测定
2.2.3 土壤容重
2.2.4 土壤颗粒密度
2.2.5 土壤孔隙率
2.2.6 土壤内聚力和内摩擦系数的测定
2.2.7 土壤液塑限测定
2.2.8 土壤坚实度
2.2.9 结果与分析
2.3 水稻秸秆参数测定及切断试验
2.3.1 水稻秸秆参数测定
2.3.2 水稻秸秆切断转速试验
2.4 水稻根茬-土壤复合体结构特征及剪切特性试验研究
2.4.1 水稻根茬的外观形态以及结构特征
2.4.2 试验材料与试验方法及装置
2.4.2.1 试验材料及试验方法
2.4.2.2 试验设备与装置
2.4.2.3 剪切极限测定
2.4.2.4 试验方法
2.4.3 试验设计
2.4.3.1 单因素试验设计
2.4.3.2 正交试验设计
2.4.4 试验结果与分析
2.4.4.1 根土复合体含水率因素试验
2.4.4.2 根土复合体的土壤容重因素试验
2.4.4.3 水稻根茬直径对极限切割力的影响
2.4.4.4 切割位置对极限剪切应力的影响
2.4.4.5 剪切速度对极限剪切应力的影响
2.4.4.6 切刃刃角对极限剪切应力的影响
2.4.4.7 切刀形状对极限剪切应力的影响
2.4.4.8 正交试验结果与分析
2.5 本章小结
第3章 并列正置驱动缺口圆盘破茬防堵装置的设计与试验
3.1 国内外免耕播种机具破茬装置的研究现状
3.1.1 免耕播种机发生堵塞的形式
3.1.2 国外免耕机具防堵方案和防堵装置
3.1.3 国内免耕机具防堵方案和防堵装置
3.2 水稻茬地破茬防堵装置的设计与工作原理
3.2.1 破茬装置的初步选型和设计
3.2.2 刀片运动分析
3.2.3 驱动破茬防堵装置的功耗模型及其影响因素
3.2.3.1 建立目标函数
3.2.3.2 破茬装置功率计算
3.3 破茬装置的离散元仿真分析
3.3.1 离散元方法在土壤切削中的应用
3.3.2 驱动破茬装置的离散元模型
3.4 三种不同种类的圆盘破茬开沟性能土槽试验
3.4.1 试验设备
3.4.2 试验设计
3.4.3 结果与分析
3.5 稻茬地破茬装置的改进设计与参数优化
3.5.1 驱动圆盘尺寸设计
3.5.2 切割类型
3.5.3 砍切与砍滑切
3.5.4 圆盘刀滑切角的分析与设计
3.5.5 驱动圆盘刀安装角度设计与分析及有限元分析
3.6 本章小结
第4章 水稻免耕精量旱穴直播机整机设计
4.1 稻茬地水稻免耕精量穴旱穴直播机的设计依据
4.1.1 免耕栽培的农艺要求
4.1.2 免耕播种机工作要求
4.1.3 水稻免耕精量旱穴直播机设计原则
4.2 水稻免耕精量旱穴直播机工作原理与整机结构
4.2.1 整机结构
4.2.2 工作原理
4.2.3 主要技术参数
4.2.4 关键部件设计
4.2.5 传动设计
4.3 水稻免耕精量旱穴直播机开沟播种装置的选型与设计
4.3.1 播种机开沟器概述
4.3.2 开沟器工作原理和结构设计
4.4 仿形机构设计
4.4.1 仿形机构方案的确定
4.4.2 水稻免耕精量旱穴播机平行四杆仿形机构
4.4.3 四连杆机构参数的确定
4.5 本章小结
第5章 水稻免耕精量旱穴直播机田间性能试验和生产试验
5.1 水稻免耕精量旱穴直播机田间性能试验
5.1.1 试验地块情况
5.1.2 破茬性能试验
5.1.3 开沟性能试验
5.1.4 排种器性能试验
5.1.5 地轮滑移率试验
5.2 水稻机械免耕精量直播对水稻生长发育的影响
5.2.1 试验材料与设计
5.2.2 调查的项目和方法
5.2.3 试验数据和分析
5.3 水稻免耕精量旱穴直播机的田间生产试验
5.3.1 广东增城教学科研基地
5.3.2 广东惠州博罗水稻种植基地
5.3.3 湖南省益阳市大通湖区千山红农场
5.3.4 经济效益分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
6.3.1 机械免耕直播水稻的经验总结
6.3.2 机械免耕水稻直播在生产应该注意的问题
6.3.3 研究的不足和建议
致谢
参考文献
附录 攻读硕博学位期间科研活动和发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ADAMS旋耕刀工作参数优化及ANSYS仿真分析[J]. 陈雪,张周,黄化刚,符德龙,张富贵,吴雪梅. 现代农业科技. 2018(02)
[2]中国粮食安全百年变化历程[J]. 成升魁,徐增让,谢高地,甄霖,王灵恩,郭金花,侯鹏,何中虎. 农学学报. 2018(01)
[3]国家粮食安全的新时代[J]. 聿曾. 农经. 2018(01)
[4]确保国家粮食安全,把中国人的饭碗牢牢端在自己手中[J]. 李崇光. 农经. 2018(01)
[5]深施肥机旋耕部件关键参数设计与试验[J]. 李绪,吴雪梅,高贵,周兵,丁飞,张富贵. 农机化研究. 2018(08)
[6]玉米免耕播种机主动式秸秆移位防堵装置的设计与试验[J]. 王韦韦,朱存玺,陈黎卿,李兆东,黄鑫,李金才. 农业工程学报. 2017(24)
[7]驱动圆盘犁埋草旋耕碎土作业机研究[J]. 徐敏. 农机科技推广. 2017(10)
[8]基于液压马达集中驱动的玉米免耕播种机设计与试验[J]. 杨壮,高琪珉,张银平,刁培松. 农机化研究. 2018(03)
[9]基于EDEM的轻型凿式深松铲土壤耕作载荷仿真分析[J]. 顿国强,陈海涛,李兴东,纪文义,朱海,宋文龙. 农机化研究. 2018(03)
[10]夏直播花生机械化技术的研究[J]. 刘献东. 农机使用与维修. 2017(08)
博士论文
[1]弹射式耳勺型水稻芽种播种装置机理分析与试验研究[D]. 田立权.东北农业大学 2017
[2]旱直播水稻在不同水分管理下高产高效的生理基础研究[D]. 刘宏岩.华中农业大学 2017
[3]免耕播种机偏转侧滑式防堵开沟器研究[D]. 张祥彩.中国农业大学 2016
[4]同步开沟起垄水稻机械化穴播技术研究[D]. 王在满.华南农业大学 2016
[5]基于离散元法的深松铲减阻及耕作效果研究[D]. 李博.西北农林科技大学 2016
[6]留茬行间交替耕作模式配套播种机关键技术研究[D]. 赵佳乐.吉林大学 2015
[7]基于离散元法的芯铧式开沟器优化设计与试验研究[D]. 潘世强.吉林大学 2015
[8]耕作措施对南方双季稻田碳、氮效应的影响[D]. 薛建福.中国农业大学 2015
[9]留高茬式玉米收获机切割部件的仿生设计及其切割机理[D]. 李常营.吉林大学 2014
[10]免耕播种机滑板压秆旋切式防堵技术与装置研究[D]. 卢彩云.中国农业大学 2014
硕士论文
[1]基于离散元法的马铃薯挖掘铲工作阻力仿真与试验研究[D]. 赵吉喆.沈阳农业大学 2017
[2]玉米免耕移栽机的研制与试验[D]. 田仁广.沈阳农业大学 2017
[3]勺式水稻直播机的设计[D]. 许永磊.沈阳农业大学 2017
[4]秸秆条带还田对玉米根系分布及土壤理化特性的影响[D]. 安俊朋.沈阳农业大学 2017
[5]免耕播种机双圆盘开沟器结构参数对作业性能影响研究[D]. 禹栋栋.东北农业大学 2017
[6]玉米原茬地免耕覆秸播种同步比例回收秸秆关键技术研究[D]. 李昂.东北农业大学 2017
[7]基于DEM法的旋耕刀具耕作过程分析与研究[D]. 高亮.河北科技大学 2017
[8]免耕播种机凹面爪式清茬机构仿真与试验[D]. 余海波.吉林大学 2017
[9]仿生减阻双圆盘开沟器设计与研究[D]. 薛维良.吉林大学 2017
[10]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]. 陆泽城.沈阳农业大学 2016
本文编号：3729743
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