双自由度多铰接仿形免耕精量播种单体设计与试验

针对2BMFJ系列原茬地免耕覆秸播种机播后镇压效果和播种深度一致性不理想的问题,设计了双自由度多铰接仿形免耕精量播种单体,应用保守系拉格朗日方程建立了种沟深度数学模型,初步确定了影响种沟深度的关键结构与工作参数。采用四因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,选取弹簧初始增量、初始牵引角、弹簧刚度、机具作业速度为影响因素,开沟深度合格率、土壤坚实度合格率和开沟深度变异系数为性能评价指标,得到影响开沟深度合格率各因素由大到小顺序为:弹簧刚度、机具作业速度、弹簧初始增量、初始牵引角,影响土壤坚实度合格率各因素由大到小顺序为:弹簧刚度、机具作业速度、初始牵引角、弹簧初始增量,影响开沟深度变异系数各因素由大到小顺序为:初始牵引角、机具作业速度、弹簧刚度、弹簧初始增量。对试验数据进行优化处理,结果表明,在初始牵引角0°、弹簧刚度10 N/mm条件下,弹簧初始增量15～19. 5 mm、机具作业速度6. 7～7. 8 km/h范围内,开沟深度合格率大于95%,土壤坚实度合格率大于95%,开沟深度变异系数小于10%。

玉米秸秆残茬侧向抛出动力学模型建立与试验

针对目前国内外免耕播种机及秸秆回收机均只能实现单一作业工序的现状,为实现2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机增设秸秆同步回收装置,通过综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素,分析了被2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机清秸装置抛出机组侧向的秸秆的空间运动轨迹,对秸秆被侧向抛出过程进行动力学分析,建立了含有修正系数的秸秆被侧向抛出的动力学模型及秸秆空间运动轨迹的参数化方程,并利用高速摄影技术,通过三因素五水平二次回归正交中心组合试验建立了修正系数回归模型。利用秸秆侧向抛出动力学模型,对秸秆回收装置与清秸装置进行匹配,并进行了田间试验,结果表明:平均秸秆回收率为91.21%,不清洁度为6.08%。

三叶式自动清换种大豆育种气吸排种器设计与试验

为了提高大豆育种试验中小区播种环节的机械化、自动化水平和播种精确度,针对大豆小区育种播种机清换种技术难题,设计了一种三叶式自动清换种大豆育种气吸排种器。以电机为动力源,驱动三叶式辅助充种清换种机构与齿轮式排种盘协同工作,完成相邻小区之间的不停机快速清种、换种和充种。阐述了排种器基本结构与工作原理,结合育种试验的要求,运用TRIZ理论空间分离原理,对关键部件进行理论分析,并确定了结构参数。对三叶式辅助充种清换种机构进行EDEM虚拟仿真,分析了辅助充种过程,确定了达到最佳辅助充种效果时的叶片倾角。根据小区育种农艺要求,以作业速度、真空度、清换种时间为试验因素,以合格指数、重播指数、漏播指数、清换种距离为试验指标,进行了三因素五水平二次正交旋转中心组合试验,结果表明:最佳工作参数组合为作业速度5.3 km/h、真空度4.6 kPa、清换种时间0.3 s,此时排种器合格指数95.29%、重播指数3.29%、漏播指数1.42%、清换种距离554.6 mm,满足大豆育种试验的播种要求。

前置式大垄原茬地种床整备装置设计与试验

为解决东北寒区部分播种机在秸秆重度覆盖还田地区无法正常播种作业问题,基于2BMFJDL4型原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,结合玉米大豆1.1 m大垄轮作宽窄行种植模式,设计了一种前置式原茬地种床整备装置。通过理论分析和计算机仿真,设计了装置结构和液压系统,确定了其作业关键参数范围,液压系统分析结果表明,液压悬挂系统和液压驱动系统各执行元件的同步性能、转速和扭矩均满足作业技术要求。应用Design-Expert 8.0.6软件和三因素三水平正交试验方法,以作业速度、种床整备单元组刀轴转速和种床整备刀齿入土深度为试验因素,以清秸率、覆秸均匀度和每个种床整备单元组刀轴旋转功耗为评价指标,实施参数组合优化田间试验。结果表明,在参数组合为作业速度7.2 km/h、种床整备单元组刀轴转速600 r/min、种床整备刀齿入土深度30 mm时,清秸率为91.03%,覆秸均匀度为92.61%,每个种床整备单元组刀轴旋转功耗为7.96 kW,性能满足生产农艺技术要求;研究结果为提高播种机利用率和原茬地免耕覆秸播种机械化技术模式在玉米秸秆全量还田地区的推广应用提供了技术支持。

弹齿式清秸装置防止残茬回带机构设计与试验优化

为解决2BMFJ系列玉米免耕播种机清秸装置侧向抛撒残茬时,清秸工作部件残茬回带和动土量较大问题,设计了一种弹齿式清秸装置防止残茬回带机构,通过理论分析确定关键部件主要结构参数,应用三因素三水平正交试验法,以机具作业速度、清秸弹齿与带轮圆周外法线方向后偏角和主动带轮转速为试验因素,以残茬清除率和残茬回带率为评价指标,对影响清秸装置性能的结构与作业参数进行试验与优化研究,试验结果表明:在机具作业速度2. 0 m/s,弹齿与带轮圆周外法线方向后偏角30°,主动带轮转速450 r/min时,残茬清除率95. 5%、残茬回带率1. 38%。该机构在保证作业幅内残茬清除质量的同时,可有效减少残茬回带,为2BMFJ系列原茬地免耕播种机高质量种床准备、提高防堵性能提供了技术支撑。

原茬地种床整备侧向滑切清秸刀齿设计与试验

为探索原茬地播种机种床整备侧向滑切清秸刀齿对机具作业过程中秸秆缠绕度、振动强度、功率消耗和覆秸均匀度的影响,在阐述侧向清秸装置结构和工作原理基础上,对侧向滑切清秸刀齿结构及滑切面工作曲线进行了设计,确定了影响刀齿工作性能的关键结构与工作参数。应用四因素三水平正交试验方法,选取初始半径、起始滑切角、刀轴角速度和机具作业速度为影响因素,以秸秆缠绕度、振动强度、当量功耗和覆秸均匀度为评价指标,对影响机具作业性能的刀齿结构和工作参数组合进行优化分析。结果表明:在初始半径200mm、起始滑切角30°、刀轴角速度42rad/s、机具作业速度7.2km/h条件下,无秸秆缠绕,振动强度为159m/s^2,当量功耗为4.9kW,覆秸均匀度为0.075。对比试验表明,优化后刀齿组合振动强度降低了46.5%,当量功耗降低了29.7%,工作过程中未出现机具堵塞现象。

原茬地免耕覆秸播种机寒地秸秆腐解特性研究

基于玉米-大豆轮作模式,分析2BMFJ原茬地免耕覆秸大豆播种机北方寒地玉米秸秆覆盖还田腐解周期。在自然条件下,168 d试验周期内,应用秸秆残余应力法与多重比较法结合研究地表覆盖秸秆腐解规律,秸秆不同部位腐解规律,增施有机肥对秸秆腐解影响。结果表明,地表覆盖秸秆可自然腐解,阶段性明显,经机械剪切未被撕裂秸秆降解率56.3%,撕裂后秸秆降解率62.4%;不同部位玉米秸秆降解率差异显著(P<0.05),秸秆自顶部至底部降解率呈线性降低;增施有机肥对秸秆腐解具有促进作用(P<0.05)。研究结果揭示2BMFJ原茬地免耕覆秸播种机北方寒地玉米秸秆覆盖还田腐解特性;填补北方寒地玉米-大豆大田轮作模式下,经机械剪切后覆盖在地表不同形态秸秆腐解规律空白;为原茬地免耕覆秸精量大豆播种机械化技术在北方寒地推广应用提供理论支持。

柔性差速带式单株大豆脱粒装置设计与试验

针对育种单株大豆脱粒过程中的大豆籽粒混杂和机械损伤等问题,设计了一种柔性差速带式单株大豆脱粒机的脱粒装置。为寻求脱粒装置的结构与工作参数对其性能的影响规律和最优参数组合,采用4因素5水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以脱粒间隙、上下带速度差、下带速度和脱粒行程为影响因素,以大豆籽粒的未脱净率、夹带损失率、破碎率和平均生产率为评价指标,对其进行优化试验研究。结果表明:对于籽粒含水率16%~18%的收获期大豆种子,当脱粒间隙7.55~13.00 mm、上下带速度差0.59~0.70 m/s、下带速度0.84 m/s、脱粒行程660 mm时,脱粒装置的未脱净率低于1.2%、夹带损失率低于0.9%、破碎率低于0.8%、平均生产率高于35 kg/h。

基于最速降线原理的免耕播种机强制回土装置研究

针对免耕播种机在湿黏土壤条件下施肥铲回填性能弱,导致种肥同床的问题,基于最速降线原理设计了一种强制回土装置,将理论分析、虚拟仿真与试验相结合,探究强制回土装置最优结构与参数组合。应用三因素三水平正交试验方法,以作业速度、回流挡板间距和回流挡板与地表夹角为试验因素,以土壤回填率和单体通过性为评价指标,对影响强制回土装置作业性能的相关参数进行试验与优化研究。试验结果表明,在参数组合为作业速度1.5 m/s、回流挡板间距112 mm、回流挡板与地表夹角60°时,土壤回填率为91.2%,作业过程未发生单体堵塞现象。对比试验表明,优化后的最速降线式强制回土装置较直板式强制回土装置的土壤回填率提升了16.5%。

三向可调式V型覆土镇压器设计与试验

为提高2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机作业过程中覆土镇压及防粘土性能,设计一种兼具覆土、镇压和减粘功能的三向可调式V型覆土镇压器。以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)防粘材料和仿生学理论为基础,在覆土镇压圆盘触土表面设计一种防粘结构。采用五因素二、三水平混合正交试验,以土壤类型、防粘结构均布个数、覆土镇压器铅垂载荷、土壤含水量和机具作业速度为影响因子,以土壤粘附量和土壤紧实度为响应函数,作参数优化组合试验。结果表明,当参数组合为防粘结构分布个数12、覆土镇压器铅垂载荷≥800 N、土壤含水量≤25%、机具作业速度≤7.2 km·h-1时,在东北黑黏壤土环境下,防粘覆土镇压圆盘土壤粘附量42.9 g、镇压后土壤紧实度40.5 kPa,较金属圆盘镇压器减粘性能提高49.8%;在模拟砂壤土环境中,防粘覆土镇压器镇压后土壤紧实度43.0kPa,金属圆盘覆土镇压器镇压后土壤紧实度38.7 kPa,满足农艺要求。研究结果为2BMFJ系列原茬地免耕播种机覆土镇压器设计提供技术支撑。

免耕播种机侧向清秸覆秸秸秆比例回收装置设计与试验

为解决中国麦玉豆主产区在利用秸秆促进作物绿色增产增效、保护耕地的同时,轻简化回收多余秸秆促进其资源化利用等问题,基于原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,设计了一种秸秆比例回收装置,借助秸秆被免耕播种机播前清理具有的机械能使其沿导流板滑移至机械能耗尽,弹齿“顺势”将其抛送至挤压装置进行回收。应用高速摄像技术探明了秸秆侧向抛撒运动规律,通过理论分析确定了影响装置工作性能的关键结构与作业参数及其取值范围,并采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、滚筒转速和弹齿偏角为试验因素,以秸秆回收比率和含杂率为评价指标,实施参数组合优化试验,结果表明:在参数组合为作业速度5.4~7.2 km/h、滚筒转速95 r/min、弹齿偏角49°时,秸秆回收比率大于94%、含杂率小于5%。研究结果为研制原茬地免耕播种秸秆覆盖还田同步比例回收复式作业机提供了理论和技术支持。

玉米原茬地秸秆还田比例调节装置设计与试验

为解决免耕覆秸种植模式下秸秆全量覆盖还田导致的"低温效应"和"生化他感效应",该研究提出一种基于2BMFJ系列免耕播种机的秸秆还田比例调节技术与配套装置,通过理论分析对秸秆还田比例调节装置相关结构参数进行设计,通过高速摄像技术对秸秆抛撒后空间分布规律进行探究,并应用四因素五水平二次回归正交中心组合试验方法,以清秸弹齿偏角、回收口面积、作业速度和田间秸秆覆盖量为试验因素,作业后秸秆还田比例为响应函数,得到各参数组合对秸秆还田比例的影响规律。分别以理想秸秆还田比例50%和70%为例,对试验指标的回归方程进行验证。当参数组合为清秸弹齿偏角21.0°、回收口面积1120.0 cm^2、作业速度5.0 km/h、田间秸秆覆盖量1.1 kg/m^2时,秸秆还田比例为52.3%;当参数组合为清秸弹齿偏角21.0°、回收口面积890.0 cm^2、作业速度8.0 km/h、田间秸秆覆盖量1.1 kg/m^2时,秸秆还田比例为71.9%。该研究实现了秸秆还田比例的参数可调控,可为免耕覆秸种植模式在寒区的推广应用提供技术支撑。

原茬地大豆垄上双行开沟器结构参数优化

针对大豆垄上双行免耕播种作业过程中开沟器入土困难、开沟器堵塞、种沟构建质量差等问题,设计原茬地大豆垄上双行开沟器结构参数优化试验。通过分析工作过程中土壤颗粒在导流板表面运动规律,确定影响土壤颗粒运动规律关键结构与作业参数。采用四因素三水平正交试验方法,以分土角、运土角、导流角为试验因素,开沟深度变异系数和横向粒距变异系数为评价指标。优化结果为在作业速度8 km·h-1条件下,分土角65°,运土角30°,导流角45°时,开沟深度变异系数0.091、横向粒距变异系数0.035,作业过程无堵塞现象。将结构参数优化后双行开沟器与分体式双圆盘开沟器作比较试验,结果表明,开沟深度合格率提高11%,种子粒距横向分布合格率提高32%,开沟深度变异系数降低43.5%,横向粒距变异系数降低66.6%。研究结果为原茬地作物双行免耕播种机具推广应用提供技术支撑。

弹性螺旋式覆土镇压器的设计与参数优化试验

针对2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机春播作业时,触土工作部件表面土壤粘附量较大、搅乱土层问题,设计了一种具有主动输送土壤和克服粘附力的弹性螺旋式覆土镇压器。确定了弹性螺旋式覆土镇压轮的关键结构参数,应用四因素三水平正交试验法,以机具作业速度、螺距、垂直载荷和土壤含水率为试验因素,覆土厚度、土壤坚实度和土壤粘附量为评价指标,对影响覆土镇压器作业性能的结构与工作参数开展优化试验研究。结果表明:在作业速度8km/h、螺距25mm、垂直载荷600N、土壤含水率25%条件下,覆土厚度3.9cm,土壤坚实度40.3kPa,土壤粘附量0.35kg。该覆土镇压器在满足作物所需覆土厚度和镇压强度条件下,可有效减少土壤粘附量,为覆土镇压器设计与精准播种奠定基础。

基于勒洛多边形原理的播种机机械式离合装置研究

针对播种机传统机械式离合装置动力切换行程长、接合瞬间冲击载荷大等问题,基于勒洛多边形原理设计了一种机械式离合装置。通过理论分析对该离合装置关键结构进行设计,利用虚拟仿真技术对离合装置动力接合瞬间的冲击载荷与动力切换响应速度进行模拟分析,应用三因素三水平正交试验方法,以播种单体为试验实施载体,以轴向倾角、齿轮半径比和作业速度为试验因素,以动力接合与切断滞后距离为试验评价指标,对影响离合装置作业性能的相关参数进行试验与优化。结果表明,在参数组合为轴向倾角20°、齿轮半径比0.3和作业速度1.5 m/s时,动力接合与切断滞后距离分别为1.2、0.6 cm。对比验证试验表明,相较于牙嵌式离合装置,优化后的勒洛五边形离合装置在保证播种质量的同时,动力接合与切断滞后距离分别降低82.4%、45.5%。

仿生包衣装置对大豆发芽与苗期植株性状的影响

为了提高大豆种子的包衣质量,促进包衣种子的发芽与苗期生长,实现苗齐苗壮,增加产量。以黑农48大豆种子为供试材料,对仿生包衣装置处理和现有包衣装置处理的大豆种子进行单因素田间试验,以未包衣大豆种子为对照组CK,仿生包衣装置处理的大豆种子为处理1,现有包衣装置处理的大豆种子为处理2,测定大豆种子发芽情况和苗期植株性状,比较2种包衣装置的包衣效果。结果表明:处理1和处理2的大豆种子发芽指标和苗期植株性状指标均高于对照组CK,处理1较处理2的发芽指数增长20.21%,根鲜重增长11.26%,主根长增长11.15%,且处理1和处理2的发芽指数、根鲜重、主根长差异显著。仿生装置处理较正常包衣处理种子生长状况更好的原因为仿生搅拌叶片更能减少搅拌叶片对大豆种子种皮和胚的损伤,增加大豆包衣的均匀性,进而提高了种子的包衣质量。通过田间试验验证了仿生包衣装置较现有包衣装置在包衣效果上的优越性,研究结果可为包衣设备改进优化提供数据支持和实用参考。

基于久保田插秧机同步覆膜装置设计与试验

针对水稻覆膜插秧作业过程中存在覆膜质量不高、秧苗伤根现象严重及田间换行作业需人工断膜导致作业效率低等问题,研制了与久保田NSPU-68CM型覆膜插秧机相匹配的覆膜装置。根据农艺要求与原插秧机空间结构特点,提出相匹配的覆膜装置总方案,在不改变插秧机原有结构的基础上,增加了切膜装置、托膜装置和压边装置。田间试验结果表明:所敷设秸秆纤维基地膜采光面宽度合格率达95%以上,地膜贴合程度达98%,采光面机械破损程度小于5%,膜孔合格率达95%以上,压膜宽度5cm,压边深度4cm,膜孔总长度50mm,满足农艺要求。研究结果为应用秸秆纤维基地膜栽培有机(绿色)水稻奠定了基础。