国内免耕播种机开沟圆盘研究进展与展望

免耕播种机是保护性耕作技术中的主要机具,开沟圆盘是免耕播种机的核心零部件,面临的最突出问题是材料耐磨性差、寿命短、自给率低、生产质量差且严重依赖进口。为此,在国家政策加持的背景下,分析了目前开沟圆盘制造和使用中存在的严重问题,从新材料研究、热处理工艺和表面强化处理3个解决问题的思路方面指出目前开沟圆盘的研究现状,同时对开沟圆盘刃口的自磨刃研究现状进行概述。最后,因免耕播种机开沟圆盘仅为农机触土核心零部件中的典型代表,以此为例对未来农机触土核心零部件的发展提出几点建议。

免耕播种机开沟圆盘水射流淬火工艺数值模拟及验证

针对免耕播种机开沟圆盘整体淬火后硬度不足且易翘曲变形的问题，该文提出一种水冲击射流淬火方法，利用DEFORM软件对开沟圆盘淬火过程中的硬度和翘曲变形量进行数值模拟，分析了射流阵列参数（喷嘴间距、喷嘴直径和射流速度）对淬火结果的影响，并对工艺参数的优选数值进行了试验验证，二者显示了较好的一致性。结果表明：喷嘴间距是关键工艺参数，当喷嘴间距取4～5 mm时，开沟圆盘可以整体淬透，硬度达到45～49 HRC。开沟圆盘的变形量与喷嘴间距呈抛物线关系，当喷嘴间距取5～6 mm时，变形量达到最大值1.80×10^-2～3.30×10^-2 mm，淬透后变形量较小。随射流速度的增大，开沟圆盘硬度及变形量均增加，当射流速度为1～6m/s时，增幅较大，当射流速度＞6 m/s时，增幅趋缓。在喷嘴直径为4～12 mm范围内，开沟圆盘硬度及变形量均随喷嘴直径加大而增加。优化后的工艺参数为：喷嘴间距为4～5 mm,喷嘴直径为6～8 mm，射流速度为3～6 m/s；此时，开沟圆盘硬度可达45～49 HRC，变形量为1.28×10^-2～2.49×10^-2 mm。

免耕播种机开沟圆盘淬火过程的数值模拟

用ANSYS10.0有限元分析软件,建立免耕播种机开沟圆盘淬火过程的数学物理模型,对圆盘水冷、油冷、空冷的温度场和应力场进行模拟分析,确定了该零件的最佳淬火工艺方案。

免耕播种机开沟圆盘试验土槽的设计

针对免耕播种机开沟圆盘大田试验效率低、劳动强度大、易造成扬尘污染等问题,设计了免耕播种机开沟圆盘试验土槽,该试验土槽槽体采用梯形状设计。为了便于安装拆卸开沟圆盘,设计分段式圆盘刀架轴,并用卡盘法兰固定开沟圆盘。装置的动力由变频调速电机供给,电机动力通过轴端的V型带传递给刀架轴。为了能够模拟拖拉机工作时动力情况,设计了变频调速电机控制装置。试验表明,该免耕播种机开沟圆盘试验土槽性能稳定,可以有效模拟免耕播种机开沟圆盘的不同作业环境,为免耕播种机开沟圆盘的研究开发提供有效的技术支持。

基于EDEM的小麦小区双圆盘开沟器仿真分析

双圆盘开沟器具有不易堵塞和不乱土层优良作业的特点,为了配备在小型小麦播种机上,设计了一种小型双圆盘开沟器。为了获得双圆盘开沟器最小开沟阻力和最优的播深稳定性,以圆盘直径、圆盘聚点位置和圆盘夹角为试验因素,进行了仿真试验分析,得到最优工作参数数据(圆盘直径为210mm,圆盘聚点位置为60°,圆盘夹角为12.60°),此时双圆盘开沟器作业阻力为319.65N,开沟深度变异系数为7.51%。通过土槽试验加以验证,结果表明:与仿真试验相比,开沟作业阻力误差率为2.64%,开沟深度变异系数误差率为2.52%,仿真试验具有一定的可靠性,可为双圆盘开沟器设计优化提供理论依据。

基于DEM-FEA的圆盘开沟机刀盘的力学特性分析

圆盘式开沟机因具有开沟效率高、作业效果较好和维护成本低的优点而被广泛应用。本文以圆盘开沟机刀盘为研究对象,采用DEM-FEA的方法对刀盘在额定工况下的力学特性进行了仿真分析。主要结论如下:刀盘内侧刀片尾端的应力较大,最大值为150.9MPa,该值远小于材料的屈服强度380MPa,但是由于应力较大,而且内侧刀片随着刀盘的转动将受到外力的交替作用,容易产生疲劳断裂;处于切削工作状态的圆盘刀片和内侧刀片的变形量大于其他刀片,最大变形值为1.37mm,变形值较大,虽然不会影响开沟质量,但可能加速刀片的疲劳失效;刀盘前四阶模态的振动频率范围为56.05~106.44Hz,在额定工况下,刀盘不会发生共振失效。

具有滑刀式缺口的圆盘开沟器设计与试验

为提高适应全秸秆覆盖条件的东北黑土区免耕播种机性能,结合缺口圆盘开沟器和滑刀式开沟器的功能结构特点,设计了具有滑刀式缺口的圆盘开沟器,确定了开沟器直径,设计了具有滑刀式缺口的圆盘开沟器的缺口轮廓曲线,并确定了缺口数量;采用ANSYS软件的LS-DYNA对具有滑刀式缺口的圆盘开沟器与土壤的相互作用进行了仿真模拟;田间实验结果表明,具有滑刀式缺口的圆盘开沟器在全秸秆覆盖地表具有良好的入土、破茬性能。

圆盘开沟部件的受力及计算机模拟

对播种机的圆盘开沟器开沟部件进行了理论研究,揭示了土壤与圆盘相互作用的力学机理,建立了其受力的数学模型,并进行了计算机模拟。模拟结果与实验数据的比较证明,该数学模型是可靠的。

双圆盘开沟器开沟沟形的计算机模拟分析

本文对圆盘开沟器的运动及开沟形状进行计算机模拟和分析 ,研究其不同参数下所开沟底的形状。利用仿真这一现代方法 ,以计算机作为工具 ,使用VB程序语言编程 ,通过分析开沟器的受力及运动 ,建立数学模型。形象再现不同参数下的沟底形状 ,以适应不同作物播种的需要。并为播种机的进一步优化设计提供依据。从而达到提高播种机整机的工作性能和生产率的要求。

超大圆盘开沟机抛土特性的研究及参数选择

以Matlab和Simulink仿真功能为手段,对超大型圆盘开沟机小沟距逆旋开沟作业时刀具及土壤的运动轨迹、速度特性进行了仿真分析,直观研究了影响机具抛土性能的因素。结合对切削过程中土垡单元的受力分析,给出了提高刀具抛土和升土能力的方法以及选择机具工作参数所考虑的因素及取值,为此类机具的设计提供了一种新的方法。

基于多体动力学的圆盘式开沟机虚拟仿真与功耗测试

目前圆盘式开沟机功率消耗主要通过理论计算或样机试制后的田间试验等方法得出,测试结果受环境、设备精度影响较大,为此提出了利用虚拟测试平台评估圆盘式开沟机功率消耗的方法。首先建立圆盘式开沟机工作部件的ANSYS动力学模型,并进行边界约束条件和载荷设置,分别模拟圆盘式开沟机在开沟深度400 mm、前进速度0.8 km/h、刀盘转速180 r/min和开沟深度500 mm、前进速度1.5 km/h、刀盘转速220 r/min 2种工况下的功率消耗,仿真结果为31.26 kW和32.67 kW;然后构建相同工况的田间功耗测试系统,测得的实际功耗为33.57 kW和35.41 kW,仿真值与实测值相对误差分别为6.88%和7.73%,验证了该种测试方法的准确性和可行性。最后分别选取3种开沟深度、2种前进速度和3种刀盘转速因素组成18种开沟工况,对其进行仿真分析,结果表明:刀盘转速在200 r/min时,无论前进速度高低,圆盘式开沟机均具有最低的功耗。

果园有机肥深施圆盘开沟机研究现状及发展对策

我国的林果业种植面积日趋增长,而现有果园开沟施肥机械已经不能满足当今劳动力短缺的现状,因而加强果园开沟施肥机的研究对降低劳动力及提高作业效率等有重要意义。为此,阐述了国内外果园有机肥深施圆盘开沟机的现状,并针对不同结构圆盘式开沟机进行研究分析,根据有机肥深施圆盘开沟机存在的问题,提出了相应的对策。

双圆盘开沟器结构参数对作业性能影响研究

双圆盘开沟器是免耕播种机的核心部件,影响着播种机的作业性能。为了改善开沟器播种深度稳定性和减小开沟阻力,通过分析双圆盘开沟器的结构特点,确定圆盘直径、圆盘夹角是影响播种深度稳定性和开沟阻力的主要参数。通过变换双圆盘开沟器圆盘直径及圆盘夹角进行室内土槽试验,测量其对开沟阻力的影响;通过田间试验测量了不同圆盘直径、夹角对播种深度稳定性的影响。结果表明:随着双圆盘开沟器圆盘直径和圆盘夹角增大,开沟阻力呈现线性增大趋势;随着圆盘直径及夹角的增大,播种深度稳定性呈现先增大后降低趋势;当圆盘直径为300 mm、圆盘夹角为14°时播种深度稳定性最好。该研究为双圆盘开沟器的优化及选用提供理论依据。

错开双圆盘开沟器用于玉米根茬地的试验研究

针对在玉米根茬较大,田地免耕直播时锐角式开沟器易出现挂茬、堵塞等问题,提出了采用错开双圆盘开沟器的方案。该开沟器可一次完成切断秸秆、劈开根茬、开沟施肥、播种的功能,用两圆盘实现传统上用1个圆盘切断秸秆、劈开根茬和2个圆盘开沟的3个圆盘的作用,从而简化播种机结构。通过设计样机,初步试验表明,其切断秸秆能力、入土能力等和机器质量密切相关,当整机配重增加到350kg时,播种机效果良好。

圆盘开沟机刀盘升降装置参数优化的Matlab实现

为了解决圆盘开沟机在下地、过梗、爬坡过程中出现的旋耕刀易破损、刀盘支架易变形等问题,通过对其关键部件的分析研究,以刀盘轴最大提升高度和升降装置最小尺寸为目标函数建立数学模型;用Matlab软件对其结构尺寸进行参数优化.优化结果显示:当油缸支架为113 mm,刀盘轴支承臂为200 mm,刀盘轴回转臂为732 mm时,刀盘轴最大提升高度可达1092 mm.与初始设计相比,刀盘提升效果显著,达到了优化设计的目的.

非对称式大小圆盘开沟装置设计与试验

为解决东北一年一熟区玉米秸秆覆盖地免耕播种玉米存在的秸秆覆盖量大导致机具堵塞严重和双圆盘开沟器入土困难等问题,该文设计了一种非对称式大小圆盘开沟装置,该装置采用大、小圆盘一前一后非对称设置,大圆盘预先切割秸秆、残茬,小圆盘完成秸秆拨离并开出种沟,为玉米免耕播种提供清洁种床。无秸秆覆盖下的EDEM离散元仿真试验和田间试验,预先验证了开沟装置的作业性能。秸秆覆盖下的田间试验表明:该装置在秸秆覆盖条件下仍可实现较为稳定可靠的开沟效果,平均开沟深度为71.41 mm,平均开沟宽度为38.27 mm,满足玉米免耕播种作业要求;不同秸秆覆盖条件下,该装置作业流畅、种沟整洁,无明显堵塞和连续晾仔、断条现象,切茬、入土性能良好。该研究可为玉米少免耕播种开沟装置的改进及研发提供理论支持和技术基础。

基于虚拟仪器的双圆盘开沟器检测技术的研究

按照虚拟仪器设计的思想,利用虚拟仪器技术,以软件为主,软硬件结合的方式,以Lab VIEW作为开发平台,建立了双圆盘开沟器空间受力的虚拟仪器检测系统。同时,在土槽上对双圆盘开沟器的入土阻力和牵引阻力进行测试,为播种机单体的结构参数合理设计提供参考。

圆盘式开沟器的创新设计

在我国山地丘陵地带,农业机械普遍小型化,动力比较小,现行的开沟器很难与动力机相匹配,开沟宽度不能调整,开沟深度调整有限。为了适应山地开沟作业,特提出了一种新型圆盘式开沟机。该开沟机工作阻力小,所需驱动力小,结构简单、可靠性高、成本低,开沟宽度和深度的调节极为方便,容易推广和使用。