阿基米德螺线型破茬开沟和切拨防堵装置的设计与试验

针对东北保护性耕作区玉米垄作农业技术对研发免耕播种机的要求,该文以阿基米德螺线为基础,分析了缺口圆盘刀破茬性能和理想种床对破茬刀的技术要求,进行了阿基米德螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化以及最优参数的优选,研制了破茬开沟和切拨防堵装置。田间试验表明,破茬开沟装置能开出＂V＂形沟,2片螺线型缺口圆盘刀直径为350 mm、入土深度为40 mm时,播种开沟宽度为28 mm;切拨防堵装置单片圆盘破茬装置质量为113 kg、破茬深度为70-100 mm时,开沟宽度为40-50 mm,清垄部件清垄宽度为210 mm,均达到了农业技术要求。同时,确定提高破茬率切拨防堵装置的最佳工作参数：机器前进速度为2.22 m/s,配质量为113 kg,破茬圆盘刀入土深度为7.50 cm;得出各因素对破茬率影响的主次顺序为机器配质量〉机器前进速度〉入土深度。该研究为高留茬模式和高留茬碎杆覆盖模式的保护性耕作地区的免耕播种作业提供了参考。

新型波纹式圆盘破茬刀的设计与优化

为了使圆盘破茬刀在工作时所受应力最小,设计5因素5水平正交试验,并通过Pro/Engineer软件对正交试验方案中不同圆盘波纹破茬刀模型进行有限元应力分析,得出对应正交试验方案破茬刀的应力结果,选择使圆盘波纹破茬刀应力最小的5个因素为最优组合。通过极差分析可知,圆盘厚度是影响圆盘破茬刀的主要因素,在其他最优因素不变的条件下,通过改变圆盘厚度对圆盘破茬刀进行应力和变形分析,结果表明:新型圆盘破茬刀比普通波纹式圆盘破茬刀所需要配重减少36.86%,所需牵引力减少32.86%。

破茬圆盘刀破茬性能研究

针对免耕播种机破茬部件的适应性和可靠性问题进行分析,设计了一种自摆式破茬装置,并对常用的3种破茬圆盘刀的破茬开沟性能进行试验分析。试验结果表明,相同工况下,秸秆切断率、根茬切断率、开沟宽度随转速增加而增加,功率消耗随着机车前进速度增加而增加。大波纹圆盘刀的功耗和土壤扰动量最大,种床条件最好;平面圆盘刀功耗最小。

东北地区玉米垄作免耕播种机破茬装置的研究

为了给东北地区玉米垄作免耕播种机探求既能保持垄形又可防止堵塞的破茬装置,在阐述农业技术要求的基础上,详细地分析移动式、驱动式和滚动式3种破茬方案的机理。结果表明:滚动圆盘式破茬装置土壤扰动较小,垄形的改变程度较低,适合我国东北垄作地区的免耕播种的技术要求,为破茬防堵装置优化设计提供新的理论依据。

垄作玉米免耕播种机破茬装置设计与试验

针对东北一年一熟垄作区玉米根茬地免耕播种时存在根茬不易破除且易挂茬等问题,设计了一种驱动破茬装置,该装置在3个平面内安装破茬刀具,其中心与开沟器前后对齐。为确定破茬装置的合理结构,设计了3种轴套,同时设计了3种刀具组合方式。在土槽上进行了三因素三水平的正交试验,通过分析各因素对功率消耗和根茬切断率2个指标的影响,得出较好的参考组合:机具前进速度为0.75km/h,刀轴旋转速度为150r/min,刀具组合方式为ZH2。对轴套进行选择的试验表明,当产生相同切土节距S=2cm时,轴套2的功率消耗较低,根茬切断率达到92%。

保护性耕作破茬碎土刀设计与试验

针对深松作业时残留土块较大、破茬作业中机组载重过大等问题,设计了与深松铲互作效应的破茬碎土刀。结合机构互作效应时的运动学分析及深松铲的田间试验,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180mm,中间半径为215mm,最大半径为235mm,深松铲与破茬碎土刀的最小间隙为20mm,并运用离散元仿真试验为机构配合设计的合理性提供依据。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,平均载质量降低20kg,破茬比率提高13.8%,耗油量减小7%,平均载质量降低40kg,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,平均载质量降低20kg,破茬比率提高4.5%,耗油量减小12.79%。因此与深松铲互作效应的破茬碎土刀,在降低载质量时性能较优。

免耕播种机破茬机构的创新设计——基于TRIZ理论

TRIZ理论是一种创新设计的理论,也是一种系统的方法学。通过对TRIZ理论的设计思想和问题求解流程的介绍,针对我国免耕播种机破茬机构存在的问题,建立了破茬机构发明问题解决过程模型,定义了破茬机构的物理和技术冲突,应用TRIZ技术矛盾解决矩阵的创新原理和解决物理冲突的分离原理,对破茬机构进行改进设计,提出了一种新的设计方案。

几种圆盘驱动破茬开沟性能的土槽试验比较

针对我国北方旱区在留有玉米根茬的未耕地上进行免耕播种时根茬不易破除且易挂茬等问题,设计了一种驱动圆盘破茬装置,并对常用的4种破茬圆盘刀的开沟性能进行土槽试验比较。试验结果表明,大波纹圆盘刀的功率消耗和土壤扰动量最大,能开出沟宽68mm的播种带,种床条件最好;缺口圆盘刀功率消耗最小,仅能开出宽14mm的窄缝。4种圆盘刀在不同地表状况下的功率消耗均随刀轴转速和小车前进速度的增加而增加,转速达到一定值时,4种圆盘刀均能有效切断结构和破除根茬。试验同时显示出不同地表覆盖量下的功率消耗差异较大,随地表覆盖量的增加,功率消耗也增加。

新型垄作耕播机破茬清垄装置的研究

基于垄作栽培制度的高留茬耕播是东北地区保护性耕作的主流模式。为此,在国内首次研发了适合于这种模式的前限深圆盘破茬后水平圆盘清垄的独特结构。将该装置通过通用机架与普通播种机安装在一起便可实现一次性完成破茬、清垄、播种、施肥、镇压等免耕播种全套作业。试验表明:该装置不但能够破茬开沟、清除种行残茬,创造整洁的种床,同时可以解决秸秆覆盖免耕播种机堵塞的问题而且起到一定限深的作用。其为研制适合我国东北地区垄作免耕播种机开辟了蹊径。

基于EDEM-ADAMS仿真的稻茬地双轴破茬免耕装置研制

针对长江中下游稻麦轮作区的稻茬地根茬量大韧性强、土壤黏度高不宜粉碎等问题,该研究基于仿真试验研制双轴破茬免耕装置。通过EDEM软件建立破茬开沟装置-秸秆-土壤离散元模型,采用正交试验得到破茬开沟装置的刀型、排列方式以及刀具数量,基于EDEM-ADAMS联合仿真,采用单因素试验、正交试验、二次回归正交旋转试验和响应曲面法对甩刀、粉碎装置以及双轴破茬免耕装置进行动力学分析,得到甩刀具参数、旋耕刀轴和粉碎刀轴转速以及双轴轴心水平与垂直高度,得到机具最佳参数:破茬装置选用30把旋耕刀采用双螺旋排列,刀轴转速为286 r/min;粉碎装置选用L型(32把)和直刀(8把)采用双螺旋排列,刀轴转速为605 r/min;双轴水平距离548 mm、垂直高度168 mm。根据优化参数试制样机并进行田间性能测试。田间试验结果表明,秸秆和稻茬以0.93 kg/m^(2)全量覆盖时,双轴破茬免耕装置对水稻秸秆、根茬的平均切断率以及切茬率分别为95.09%和95.16%,机具通过性良好,田间平均出苗率为95.29%,符合当地农艺要求,适用于秸秆覆盖量大的作业情况。所设计的双轴破茬免耕装置满足长江中下游稻麦轮作区小麦免耕播种作业要求,可为双轴旋转型耕作装置以及根茬不易粉碎、土壤黏度高条件下的免耕播种提供参考。

一种新型玉米免耕破茬防堵装置

针对在辽西地区留有玉米根茬垄作地进行免耕播种时破茬装置入土困难、易带土和杂物以及开沟器容易缠草堵塞的问题,设计了一种新型破茬防堵装置。该装置起到切断根茬杂草和清理开沟器前杂物的作用,并使杂物最大限度地不脱离地表。为此,确定了防堵装置的主要部件—倾斜波纹的圆盘刀和弹性压杂装置,并且进行了田间试验。

基于实例推理的免耕播种机圆盘破茬装置设计

基于实例推理的机械设计过程中,属性相似度计算和属性权重确定对于实例检索的有效性和可靠性具有决定性影响。采用区间值属性相似度计算模型,将各种类型属性的相似度计算统一起来;引入层次分析法和基于相似度离差信息法确定属性的组合权重。将实例推理技术应用在免耕播种机圆盘破茬装置的设计过程中,采用最近邻实例检索策略完成实例检索并根据设计要求进行修改,对设计方案进行三维造型。验证结果表明:区间值属性相似度计算模型使属性间的相似度比较具有统一标准,组合权重可综合反映设计者主观评价和属性信息量对决策结果的贡献,基于相似度的实例检索算法能得到符合设计要求的最佳匹配实例。

基于SolidWorks的破茬开沟犁刀的设计与强度分析

破茬装置是茬地免耕播种机的关键工作部件,直接影响着播种机的播种质量。在目前国内所使用的破茬装置的基础上,设计出一种新型的破茬开沟犁刀。为研究其强度特性,减少工作时的故障,应用SolidWorks建立了破茬开沟犁刀的三维模型,用Cosmos对其进行了有限元分析,得到破茬开沟犁刀在工作时的变形和应力大小,找出了其强度薄弱环节。结果表明,破茬开沟犁刀的最大应力为5.862×108 N/m2,最大扭曲位移为2.648 mm,对破茬开沟犁刀进行了改进设计,应用Cosmos进行静态分析,表明改进后破茬开沟犁刀的强度和刚度明显提高,为其优化设计提供了参考依据。

玉米免耕破茬室内试验装置的研究设计

通过对国内外玉米免耕播种机破茬防堵部件的对比研究,确定采用滚动式破茬犁刀研制出本试验装置,并进行了室内土槽中的实验。该装置测量准确、方便,为研制出适合我国北方垄作玉米免耕破茬防堵部件提供了技术数据。

东北垄作玉米免耕破茬试验装置的研究

利用自行研制的玉米免耕试验台,采用缺口圆盘刀与双翼铲结合在田间与土槽上进行玉米免耕破茬试验,分析破茬部件的受力,得到水平分力、垂直分力和破茬切土配重随切、清茬深度的变化规律。室内外试验结果表明:该装置性能良好,结构简单,满足测试出各土壤工作部件的受力和农业技术的要求,为免耕播种机合理设计提供了参考。

免耕圆盘刀破茬过程运动特性研究

免耕播种机被动防堵常采用圆盘刀来破茬,使得机具结构简单,减少了动土量,不破坏垄形。圆盘刀破茬过程中的运动特性对破茬装置作业性能具有重要影响。为此,建立了圆盘刀刀刃切割根茬部分的弧长方程,得出刀刃切割根茬弧长的变化规律,分析了圆盘刀半径和入土深度对破茬时间的影响,研究了圆盘刀滑移对破茬速度的影响,并对圆盘刀横向运动位移和速度的影响因素进行了探讨。该研究可为圆盘刀及免耕播种机的设计和应用提供参考。

玉米秸秆粉碎破茬功耗的田间测试系统与试验

以玉米秸秆粉碎破茬机为研究对象,设计和组建了无线遥测田间测试系统,进行了以作业功耗为指标的前进速度单因素试验。试验表明基于无线局域网和虚拟仪器技术的田间测试系统,操作简单,方便实用,提高了田间试验的机动性和工作效率。试验中选用东方红-200拖拉机为配套动力,其8个工作挡位很好地满足了多水平选取的试验要求。最后用SPSS软件得出了作业功耗与前进速度之间的线性关系式,为该机运动参数的选择提供了可靠依据。

免耕播种机破茬部件的仿真分析

针对免耕播种机破茬部件传统设计中存在的生产周期长、成本高,产品制出后出现零部件间相互干涉而无法装配等缺点,应用UG软件进行破茬部件的参数化设计和仿真分析,对仿真结果进行处理,测试破茬部件的运动性能和干涉检测,找出设计中存在的不足并及时修改相应的特征,完成设计。结果表明：该方法提高了免耕播种机破茬部件设计的准确性和效率,代替了物理样机的制造和试验,大大降低了成本,提高生产率。

破茬圆盘刀腐蚀声发射源特性的神经网络模式识别

概述了BP人工神经网的原理,并利用其对声发射(AE)腐蚀信号进行识别。识别过程中,以破茬圆盘刀点腐蚀过程中产生的气泡和膜破裂为源,利用改进的BP人工神经网进行识别,来判断破茬圆盘刀点蚀所处的阶段。实验证明,人工神经网能够显著提高AE信号的处理速度,并能同时降低破茬圆盘刀点腐蚀的误判率。

圆盘破茬免耕播种机设计与试验

针对我国北方一年两熟地秸秆覆盖量大、易缠绕机具等问题,研制了圆盘破茬免耕播种机,主要对机具的破茬装置、排种装置、传动方案等关键部分进行了设计,并做了田间试验。结果表明,该机拥有良好的破茬性能,能够一次完成破茬、开沟、施肥、播种、镇压等多道工序,未出现过开沟器堵塞现象,对肥料和种子的施放效果能够满足农艺要求,保证种子出苗率。