动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置设计与试验

设计了适用于卧式玉米秸秆粉碎还田机的动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置,该装置利用等滑切角式粉碎定刀和随粉碎刀辊高速旋转的粉碎动刀形成的支撑滑切作用对秸秆进行粉碎。其中等滑切角式粉碎定刀刃口曲线采用对数螺线方程,粉碎动刀设计为并联直刀和L改进型弯刀组合结构。结合玉米秸秆的特性,明确了各关键部件的参数,并运用ANSYS-Workbench软件对粉碎定刀进行了静强度校核和对粉碎刀辊进行了模态分析,得出了粉碎定刀的应力分布图和粉碎刀辊的前6阶固有频率和振型;粉碎定刀最大应力发生在刀片上端部后侧,最大应力为138.41 MPa,刀片材料满足要求;粉碎刀辊最低阶数的固有频率为102.62 Hz,高于其工作激励频率23.3~30 Hz,不会形成共振。田间试验表明,当动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置刀辊转速为1 600 r/min时,其秸秆粉碎长度合格率可达91.5%,相对无支撑切割(1 800 r/min)可降低作业功耗17.4%。

秸秆捡拾粉碎掩埋复式还田机设计与试验

针对黄淮海地区存在玉米秸秆量大、后续播种难度大等问题,设计了一种秸秆捡拾粉碎掩埋复式还田机,能一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送和开沟掩埋等作业。应用典型弹齿滚筒式捡拾装置工作原理,通过弹齿捡拾秸秆过程的分析,确定了弹齿滚筒式捡拾装置的导轨中心线轨迹和捡拾相位,并对弹齿进行了基于实际作业情况的运动学分析,其运动轨迹与速度变化规律能够满足捡拾秸秆的需求。采用动定刀支撑切割方式粉碎秸秆,并利用粉碎腔体内的高速气流和置于腔体后侧的挡草板,实现秸秆掩埋还田比例调节和部分秸秆抛撒还田。开沟装置、秸秆输送导向装置出草口和圆盘覆土装置从前向后依次布置,顺序完成开沟、秸秆入沟和覆土掩埋工序。田间试验表明,当作业速度为3 km/h时,秸秆捡拾率为93.5%,粉碎长度合格率为92.6%,开沟深度稳定性系数为95.0%,秸秆入沟率与预先设定的掩埋比例基本一致,各项技术指标满足技术要求。

基于自动监测径流场的秸秆覆盖坡耕地产流产沙过程

设计了一个可用于坡面侵蚀过程研究的自动监测径流场,该径流场主要由6个径流小区和1套模拟降雨装置组成。采用德国UGT径流测量装置,实现地表径流的自动采样和记录。用设计的径流场对秸秆覆盖坡耕地的产流产沙过程进行了研究,结果表明相对于裸露地表,秸秆覆盖能明显降低各径流小区的产流率和产沙率,延缓产流增加趋势,减少产沙总量达54.5%-63.8%。因此,增加坡耕地土壤表面的秸秆覆盖量可有效避免产流在短时间内急剧增加,并能减少对土表的冲刷作用。

耕作措施对京郊冬小麦农田CO_2、CH_4排放通量的影响

通过设置在北京市大兴区青云店镇的不同耕作措施试验,利用静态箱-气相色谱法对2季冬小麦(2011年10月—2012年7月和2012年10月—2013年7月)各关键生育期内CO2、CH4的排放通量进行了测定。结果表明:免耕(NT)、深松(ST)、旋耕(RT)、传统耕作(CT)4种耕作措施下,冬小麦农田土壤总体表现为CO2源和CH4汇的功能,且CO2和CH4都有明显的日变化和季节变化特征。CO2日排放通量最高峰出现在0:00,最低峰出现在10:00;CO2季节排放通量最高峰出现在冬小麦播种期和收获期,最低峰出现在越冬期。CH4日排放和季节排放通量变化特征差异显著,但没有明显的变化规律。CO2排放通量与0~20 cm各土层土壤温度呈正相关,与0~30 cm各土层土壤质量含水率呈负相关关系。CH4排放通量与0~20 cm各土层土壤温度呈正相关关系。4种耕作处理下,冬小麦农田CO2的季节平均排放通量为:传统耕作】旋耕】深松】免耕,CH4的季节平均吸收通量为:旋耕】传统耕作】免耕】深松。免耕相对于旋耕和传统耕作农田CO2季节平均排放通量降低了23.3%~27.1%;旋耕、传统耕作相对于免耕和深松CH4的季节平均吸收量增加了20%以上。因此,在京郊冬小麦农田,4种耕作措施(NT、ST、RT和CT)均能不同程度地增加CH4的吸收量,同时,采用免耕能进一步降低农田CO2排放量。

秸秆沟埋还田技术的研究现状与展望

秸秆沟埋还田技术是集一项农田秸秆还田和土壤耕作相结合的新型技术体系。为此,结合相关文献,从秸秆沟埋还田的技术特点、效应、配套机具及其存在的问题入手,对秸秆沟埋还田技术的研究现状进行了系统分析,提出了秸秆沟埋还田需要进一步研究解决的问题,以期为秸秆沟埋还田技术的研究和推广提供有益的思路。

耕作方式对华北一年两熟区土壤及作物特性的影响

为了研究不同耕作方式在华北一年两熟区的适应性,设置深松、旋耕、传统翻耕、免耕4种不同耕作方式,分析耕作方式对土壤水稳团聚体、容重、含水率、土壤温度和植株生长特性的影响。结果表明:免耕、深松可分别提高0~10 cm、10~30 cm土层内粒径大于0.25 mm水稳团聚体的含量;随土层深度的增加,土壤容重增大,其中旋耕、深松分别降低0~10 cm、10~30 cm土层的容重,在0~20 cm土层免耕的容重最大,20 cm以下,旋耕、翻耕、免耕间容重的差异不明显;深松有较好的蓄水保墒能力,其中10~30 cm土层的效果最好,0~30 cm土层的含水率分别比翻耕、旋耕、免耕高2.5%、1.6%、0.4%;翻耕的土壤温度受气温影响的变化幅度最大,免耕的变化幅度和日平均土壤温度最小;深松可促进玉米前期的生长,免耕促进后期生长,且深松能提高冬小麦的产量。

基于SPH算法的平面刀土壤切削过程模拟

以我国华北一年两熟区保护性耕作地土壤为原型,利用ANSYS/LS_DYNA对平面刀切削土壤过程进行数值模拟,并通过理论分析和试验,验证SPH算法在模拟平面刀切削土壤过程方面的可行性。结合MAT147土壤材料模型,SPH算法及点-面侵蚀接触,运用ANSYS/LS_DYNA软件对平面刀切削土壤过程进行有限元分析。仿真结果表明,SPH算法能够直观模拟平面刀切削土壤整个过程,最大等效应力为5.851 MPa,主要集中在与平面刀接触的土壤上;平面刀切削全过程表明,土壤所受等效应力波动较小,切削过程比较平稳;稳定切削时切削功耗在10.2 kW附近波动,通过理论和试验验证,仿真切削误差不大于0.05。由此说明SPH算法进行平面刀切削过程的数值模拟是可行的。

打结器驱动齿盘打结性能对比试验研究

驱动齿盘作为方草捆压捆机打结器的重要组成零件及总动力源,其参数特征对打结器成结率有着必然影响。目前打结器成结率受夹绳、割绳、脱扣不充分等影响严重,而驱动齿盘结构及参数对该失误影响显著,该文针对以上问题设计了分体式驱动齿盘CTRC_I和CTRC_II。其中分体式驱动齿盘CTRC_I由CTRC底盘与反"9"字型凸轮块组成,CTRC_II由CTRC底盘与圆弧切线型凸轮块组成。在相同试验条件下,通过与NewHolland驱动齿盘进行室内试验对比分析可知,CTRC_I齿盘的稳定成结率(90.0%)显著高于(P<0.05)NewHolland(83.5%)和CTRC_II齿盘(65.0%),凸轮结构对成结效果影响显著。NewHolland齿盘与剑麻绳、CTRC_I齿盘与聚丙烯绳、CTRC_I齿盘与剑麻绳等3种配合具有较好的稳定成结率,比其他配合高22.7%～53.5%。不同转速下,CTRC_II齿盘对捆绳的平均最大拉力最大,CTRC_I齿盘最小。CTRC_I齿盘所成绳结质量最高,但捆绳非有效消耗量也相对最大。最终采用层次分析法和功效系数法进行综合效益分析可知,CTRC_I和NewHolland齿盘综合性能优于CTRC_II齿盘,且CTRC_I与聚丙烯绳配合时,综合性能最好。

我国北方地区机械化深松技术的研究现状

深松技术是旱地保护性耕作体系的重要技术措施之一。随着保护性耕作技术的推广,深松技术在改善耕层土壤结构、提高土壤蓄水抗旱和渗透能力方面起着重要作用。当前,国内外学者对深松技术和相应的深松机具进行了大量的研究,并取得了较大的成果。为此,介绍了深松技术、相应深松机具、深松铲的类型和特点,并对现有深松铲的结构改进和优化、改善深松部件与土壤接触时的抗磨损性及减阻性能的措施和研究现状进行了总结。同时,分析了影响深松技术提高的影响因素,提出了进一步研究和改进深松技术的思考和建议。

田间土壤压实研究现状

在综述国内外农机土壤压实研究进展的基础上,结合土壤压实形成过程,从土壤含水量、耕作方式、农业机械3方面,内外因相结合的角度分析了影响田间土壤压实的因素。针对影响因素提出减缓土壤压实的可行性措施,总结了目前土壤压实研究中存在的问题和认识上的不足,并提出可行性建议。为进一步开展农业机械土壤压实方面研究提供参考。

秸秆还田机械化技术研究现状与展望

秸秆还田机械化是保证秸秆还田作业质量、减轻劳动强度、提高工作效率的必要条件,也是大面积推广秸秆还田的基础。总结了东北、华北、西北和南方四大农业种植区的秸秆还田机械化主要技术模式及工艺现状,并分析其形成的原因;介绍了秸秆粉碎还田、根茬粉碎还田和秸秆整秆还田3种机械化秸秆还田方式的定义、特点,以及相关配套机具的工作原理与典型机器;并对秸秆还田机械化发展方向进行了展望,以期为秸秆还田机械化技术研究提供参考依据。

双凸轮连杆型排种施肥无级变速器设计与试验

针对目前国产机械式施肥播种机中种肥排量无级调节装置种类较少、电液式种肥排量无级调节装置成本较高,变量播种施肥作业调节范围有限、准确性与均匀性较差等问题,该文提出了一种基于连杆机构与凸轮机构实现无级变速的方法,并设计了相应的双凸轮连杆型无级变速器,它由输出机构、传动机构及调节机构共同实现对输出轴转速的无级调节。运动学仿真分析表明:无级变速器的机构设计合理,凸轮的轮廓曲面质量较高,设计方案可行;性能校验试验表明:随着传动比的变化,输出转速的相对误差值基本在0～10%的范围内波动,占空比值在其理论值附近的波动幅度不超过10%,均满足种肥排量调节的传动比精确性与传动平稳性要求。该研究可为变量施肥播种机的设计提供参考。

固定垄保护性耕作机具的研究现状

固定垄保护性耕作作为一项将保护性耕作、固定道和垄作沟灌等技术相结合的新型农业生产体系,对于促进农业的可持续发展具有重要的现实意义。为此,总结了国内外起修垄机具、垄作播种机以及其他配套机具的研制和应用情况,并对存在的问题进行了探讨,以期为固定垄保护性耕作机具的研制提供参考。

肥管前置式小麦宽苗带旋耕施肥播种机设计与试验

针对传统小麦宽苗带旋耕施肥播种机存在的播深一致性差、易壅堵等问题,该研究采用肥管与滑刀的组合设计,将滑刀式开沟排肥管前置于宽苗带旋耕刀组工作范围间隙中,实现了滑刀式开沟排肥管和旋耕刀组的耦合作业。通过理论分析和计算确定了滑刀式开沟排肥管刃线的基本参数、旋耕刀组的排列方式以及耦合作业原理,并构建相应的离散元仿真模型。通过仿真试验对滑刀式开沟排肥管和肥管前置式宽苗带旋耕刀组作业效果进行了试验验证。试验表明,终止滑切角为40°时滑刀式开沟排肥管所受牵引阻力最小,此外肥管前置式宽苗带旋耕刀组设计可以有效避免肥沟对播深一致性的影响,提升播深一致性。田间试验表明,机具前进速度1.11 m/s时,肥管前置式小麦宽苗带旋耕施肥播种机能够实现宽苗带播种作业,且播深合格率达94.36%,变异系数为3.79%,播深一致性表现好。此外,肥管前置与旋耕刀的配合可以使肥料在种床形成“倒三角”空间立体分布,有益于作物早期的养分吸收,也进一步避免了因肥管与种子分布器间距小导致的壅堵现象,提高了机具的通过性,满足宽苗带小麦种植需求。研究结果可为小麦宽苗带播种装置的研发与优化提供支撑。

滑动式开沟器关键结构参数对种床土壤特性的影响

在免耕播种过程中,滑动式开沟器的结构参数对开沟后的种床效果有显著影响,进而影响作物生长和产量。为了分析滑动式开沟器的关键结构参数对表面0~10cm土层土壤特性(土壤容重、土壤水稳团聚体(WSA)和土壤扰动量)和表层秸秆扰动量的影响,设计具有不同结构参数(刃口厚度、刃口曲线、入土隙角和入土角)的滑动式开沟器在免耕条件下进行试验。通过正交试验和单因素试验分析不同结构参数的影响。结果表明,入土角、刃口厚度和刃口曲线对种沟扰动截面积(A_f)和表层秸秆扰动量具有显著影响;入土角对土壤容重有显著影响。土壤类型和作业深度对滑动式开沟器作业时的土壤扰动量具有显著影响。凹线型滑动式开沟器会产生最少的土壤扰动量和种沟内最小的土壤容重,最大的表层秸秆扰动量和>0.5mm土壤水稳团聚体(W_(SA))的含量。随着滑动式开沟器入土角的增加,种沟宽度(W_(sb))和种沟扰动截面积(A_f)分别先减小后增加,而抛土宽度(W_(st))和垄起高度(H_r)逐渐增加。入土角为60°的滑动式开沟器分别创造出最小的种沟宽度(W_(sb))和种沟扰动截面积(Af);入土角介于45°与60°间的滑动式开沟器可产生最小的土壤容重。随着入土隙角的增加,>0.5mm土壤水稳团聚体(WSA)的含量会减小,而对<0.5mm土壤水稳团聚体(W_(SA))含量的影响不明显。刃口厚度(<2mm)对种床土壤特性的影响不明显。本文为创造适宜种床环境的滑动式开沟器的结构优化提供参考,有利于促进中小型免耕播种机的推广。

深松铲不同翼铲安装高度时土壤扰动行为仿真与试验

翼铲的安装高度是带翼深松铲的关键结构参数之一,其对深松土壤扰动行为产生重要影响。综合运用EDEM和室内土槽试验,研究了翼铲安装高度(55、75、95、115、135 mm)对深松土壤扰动行为的影响。结果表明:随着翼铲安装高度增加,耕后犁底层土壤扰动面积先增大后减小,在翼铲安装高度为75 mm时最大,水平耕作阻力逐渐减小,深松铲铲尖和犁底层圆弧段所受水平耕作阻力为深松铲水平耕作阻力的主要来源(90%以上),其随翼铲安装高度增大逐渐减小;翼铲安装高度直接影响耕作时不同深度土壤在不同方向的位移,当翼铲安装高度为75 mm时,深松铲纵向中心位置的各层土壤在耕作方向的最大位移相对较小,其犁底层土壤在竖直方向最大位移相对较大,表层和耕作层土壤在竖直方向最大位移相对较小;翼铲安装高度对土壤扰动效果产生重要影响,且离散元仿真能够准确模拟深松土壤的扰动过程,5个翼铲安装高度下土壤膨松度、土壤扰动系数、土壤碎土系数、土壤纵向堆积角的试验值和仿真值的平均误差分别为11.69%、11.54%、14.20%、9.64%。

少免耕播种机条带型行间侧抛清秸防堵装置研究

针对我国华北平原一年两熟区玉米秸秆覆盖地小麦少免耕播种机作业时存在易堵塞、种床清洁率低等问题,设计了一种条带型行间侧抛清秸防堵装置。对清秸防堵装置工作时秸秆抛撒特性进行理论分析,明确影响清秸效果的关键因素为侧倾刀弯折角、弯折线夹角和回转半径。以作业扭矩、抛土量和种床清洁率为指标,通过离散元仿真并结合旋转正交回归试验,确定了清秸防堵装置较优参数组合为侧倾刀弯折角25°、弯折线夹角30°、回转半径250 mm,此时种床清洁率为80.5%、作业扭矩为47.2 N·m、抛土率为15.8%。配合清秸防堵装置,分别设计了一沟双行种肥分施开沟器、V型土壤导流板等部件。其中种肥分施开沟器前方装有定刀,可与防堵装置形成动定刀切割,提高了防堵性能;V型土壤导流板夹角为130°,可将抛起的土壤颗粒反弹回种床,增加了回土量。田间播种试验表明,所设计的行间侧抛清秸防堵装置未发生堵塞和缠草现象,种床清洁率为82.7%,作业扭矩为298.2 N·m,作业质量稳定,满足少免耕播种作业国标和农艺要求。

马铃薯联合收获机械研究进展

我国马铃薯种植面积不断增加,实现马铃薯收获的机械化可以大幅度提高生产率,促进马铃薯产业的稳定发展。为此,通过对近年来马铃薯联合收获机文献资料的分析,从牵引式和自走式两方面综述了国内马铃薯联合收获机械的研究进展,分析阐述了马铃薯联合收获机的发展趋势,以期为马铃薯联合收获机械的进一步发展提供参考。

圆盘独立驱动型圆盘犁的设计及试验

为了更好地保护土壤结构,对耕作机械结构进行优化,解决国内现有无驱动型圆盘犁入土困难、驱动型圆盘犁对土壤翻动大及耕层破坏严重等问题,设计了一种新型驱动圆盘犁,并详细介绍了其传动方案、碎土方案及圆盘相关参数等。为了新型驱动圆盘犁各零件能够安全工作,且使设计更加合理,通过SolidWorks完成圆盘犁关键零件的三维建模,运用有限元分析对犁腿和机架进行了静力学分析,并对机架进行了5阶模态分析。通过试验对圆盘犁的实际工作状态进行可行性验证,结果表明:圆盘犁整机符合静力学要求,正常的工作环境下,圆盘犁机架的固有频率避开了所有的外界激振频率,不会出现共振,不会出现影响正常工作的较大变形,在实际工作过程中,能够达到理想的工作效果。所设计的圆盘犁每个圆盘独立驱动,且具有一定的偏角和倾角,减少了土壤的侧向移动,更加符合保护性耕作的原则,可为耕整地机械提供一种适宜的选择。

三爪勺式马铃薯精量排种器设计与试验

针对目前马铃薯排种器普遍存在的重漏播率较高、作业速度低等问题,设计了一种三爪勺式马铃薯精量排种器。阐述了排种器的主要结构和工作原理,对关键部件进行理论分析和结构设计,并结合单因素仿真试验确定了影响排种性能的主要因素的参数范围。以三爪长度、三爪底面中心距离、三爪倾斜角度和主动轮转速为试验因素,开展二次正交回归旋转组合试验,并对试验数据进行分析,得到回归模型和因素对试验指标的影响关系。对试验结果进行多目标优化,结果表明:三爪长度38.04mm、三爪底面中心距离16mm、三爪倾斜角度29.07°、主动轮转速53.05 r/min时,合格率为94.49%,漏播率为2.19%,重播率为3.32%。对此优化参数下的排种器进行台架试验,排种器合格率、漏播率和重播率分别为93.33%、4.17%、2.5%,验证了仿真优化结果的可靠性,表明三爪勺式马铃薯精量排种器在高速条件下能保持良好的排种性能。