仿生分拨草防堵装置的设计与试验

针对我国西南地区小麦秸秆覆盖地玉米免耕播种机内被动式清秸防堵装置作业时存在的易缠绕堵塞、种沟清秸率低、作业不稳定等问题,基于仿生学原理,以白星花金龟前后肢轮廓曲线及后肢运动轨迹曲线为仿生原型,设计了一种高清秸率、不易堵塞的仿生分拨草防堵装置。通过运动学分析,研究了关键结构参数对清秸防堵效果的影响规律,并得出最优参数组合:拨草轮运动偏角δ为30°,轮盘直径D为204 mm,拨草轮爪数量N为13个;利用Design-Expert软件和Box-Behnken试验优化设计方法,建立了拨草轮入土深度(A)、机具前进速度(B)、分草挡板偏角(C)与清秸率Y的回归数学模型,分析表明三因素对清秸率均有显著影响,且显著性C>B>A,经过优化求解获得了最优作业参数组合:拨草轮入土深度T为11 mm、机具前进速度v为4 km·h^(-1),分草挡板偏角α为35°。田间验证试验表明,整机的通过性良好,土壤扰动量及其变异系数分别为20.00%和5.30%,实际秸秆清除率及其变异系数分别为90.58%和1.20%,作业质量稳定,符合免耕播种机作业的农艺和技术要求。