谈露天矿开沟比指标的实用性

对露天矿万吨矿石开沟比的含义，及如何利用这一指标对采场生产能力进行检验，作了简要的论述。

茶园仿生往复式开沟松土机设计与试验

丘陵山区茶园土壤板结、石砾较多,使用传统旋转或移动式开沟机会出现打石跳刀、刀具无法入土、开沟不深、作业阻力大的问题。为此,依据人工铲土具有自发性以最低功耗完成最优作业路径的特点,设计仿人工铲土动作的曲柄摇杆式开沟装置,并研制小型茶园往复式开沟松土机。通过分析人工使用铁锹铲土的动作,建立入土、切土、抛土的运动模型,基于Matlab软件分析得到人工铲土时铁锹锹尖运动轨迹的拟合方程,以此方程为基准,建立曲柄连杆机构的目标函数,结合约束条件解出曲柄摇杆机构结构参数,同时对开沟铲进行开沟阻力分析,确定开沟铲的结构参数。建立Recurdyn和EDEM耦合的开沟铲-土壤互作仿真模型,并进行三因素三水平正交试验,对作业和结构参数进行优化,得到最优参数组合:机器前进速度v为0.06 m/s、曲柄转速n为42 r/min、入土倾角φ为80°。田间试验结果表明,茶园往复式开沟松土机作业平均开沟深度为211.5 mm,开沟功率为0.119 kW,沟深稳定性系数为90.9%,相较于传统旋转式开沟机,开沟功率降低6.3%,沟深稳定性系数提高3.1个百分点,整机作业质量满足茶园农艺要求。

丘陵果园立式螺旋开沟施肥机设计与试验

针对丘陵果园大型开沟施肥机无法进入,小型开沟施肥机因低功率限制无法达到所需开沟深度且功能单一的问题,设计了一种适宜丘陵地区25°坡度地形集开沟、施肥、覆土三大功能为一体的小型立式螺旋开沟施肥机。通过理论分析对开沟装置、施肥装置和覆土装置等关键部件进行了设计。根据丘陵果园土壤板结的特点选择Hertz-Mindlin with Bonding接触模型建立了开沟仿真模型,并以降低开沟旋转功耗、前进功耗、比功为目标,设计Box-Behnken试验对螺旋开沟刀结构参数进行优化。刀具优化仿真试验结果为:螺旋开沟刀的螺旋角、齿数、刃角、齿长分别取17.6°、10、30°、19.76 mm,此时,开沟旋转功耗、前进功耗、比功分别为6.74 kW、0.132 kW、0.165 kW·h/kg。将优化后的螺旋开沟刀试制并开展仿真验证试验,结果表明,试验与仿真测得开沟旋转功耗相对误差为5.6%,说明刀具优化结果正确。整机的田间试验结果表明,施肥机开沟深度稳定性系数、沟底宽度一致性系数、施肥均匀性系数、覆土率分别为96.91%、98.16%、97.08%、77.38%,各项指标均满足农艺要求。

侧深施肥直斜偏置式免耕播种开沟器设计与试验

采用侧深施肥技术,施肥铲作业后播种带两侧土壤高度不一致,易加剧播种机横向偏摆,进而导致播种深度均匀性和播种横向一致性较差。为解决上述问题,该研究设计了一种直斜偏置式免耕播种开沟器。该开沟器主要由切土斜刃、挡土定位板、偏置推土板等组成,作业时滑切土壤并将其推移至肥沟一侧拓宽种沟,避免种子落至肥沟后位置过深,提高播种质量。通过离散元仿真试验,以前进阻力、肥沟回土深度、种沟回土深度为试验指标进行二因素五水平正交旋转组合试验,得到斜刃滑切角为37°、偏置角为15°时开沟器作业性能最好。在最优参数下与双圆盘式、尖角式开沟器进行田间作业性能对比试验,相对于双圆盘式和尖角式开沟器,直斜偏置式开沟器播种深度变异系数分别降低41.12%、19.41%;播种横向变异系数分别降低39.00%、28.41%;前进阻力分别降低7.26%、28.20%;作业后肥沟与种沟回土深度分别提高9.47%、13.68%和33.33%、7.14%。试验结果表明,该开沟器可以减小前进阻力,增加肥沟与种沟回土,提高播种深度均匀性和播种横向一致性,可为播种开沟器的设计提供参考。

草莓大棚开沟起垄刀具数值模拟与工作参数响应面优化

草莓种植要求采用高垄栽培,为了提高开沟质量,现有开沟刀具一般是将旋耕刀具的刀身部分进行简单加宽处理。由于这种改进缺乏设计依据,当前的草莓大棚开沟刀具普遍存在作业质量不高和能耗较大的问题。为了进一步提高草莓大棚开沟刀具的性能,采用LS-DYNA软件建立了开沟刀具土壤旋抛数值仿真模型,并搭建田间实时试验装置,对仿真模型进行了分析验证。在此基础上,采用Box-Behnken响应面分析方法,以刀辊扭矩和残留粒子比例为响应值,建立了刀辊前进速度,刀轴转速和开沟起垄深度的二次回归模型,并对其进行优化。优化结果表明:前进速度0.38 m·s^(-1)、刀轴转速300 r·min^(-1)、开沟起垄深度300 mm,以此参数进行田间试验得到的扭矩为27.9 Nm,模型优化预测结果与田间试验相比相对误差小于5%,验证了优化模型和结果的可靠性。提出的新型的开沟刀具参数化设计方法可为大棚草莓开沟机具的设计优化提供参考。

新型旋耕开沟施肥播种机的设计与研究

针对播种施肥难的问题,结合垄作区作物种植的农艺要求,设计了一款新型旋耕开沟施肥播种机。机具适用于小麦、大豆和玉米垄上栽培技术,可实现精确深施肥、精密播种、开沟、覆土和镇压等作业,为小麦、大豆和玉米的规模化、机械化作业提供了一定的技术支撑。试验结果表明:设计的新型旋耕开沟施肥播种机对降低漏播、提高播种深度和植株距离的合格率具有重要意义,大大提高了作业质量和效率。

晚熟甜瓜开沟灌溉高产栽培技术

新疆和田地区民丰县安迪尔乡是新疆有名的晚熟甜瓜产区,甜瓜种植面积常年稳定在0.07~0.10万公顷。为有效促进安迪尔乡晚熟甜瓜产业可持续发展,本文从整地方式、品种选择、播种、田间管理、水肥调控及病虫害防治等方面总结晚熟甜瓜开沟灌溉高产栽培技术,为当地晚熟甜瓜生产提供技术参考。

茶园开沟施肥机的设计与开发

针对丘陵和山地地区茶园施用有机肥,研发一种满足机器在狭窄空间作业,集开沟、施肥和覆土于一体,满足农艺要求的装备。

林地开沟机刀具优化设计与试验

针对林地开沟条件恶劣、开沟困难的情形,设计一种开沟刀,对设计的开沟刀进行切削土壤研究与参数优化。利用LS-DYNA建立开沟刀—土壤切削有限元模型,得到开沟刀土壤切削过程等效应力、切削阻力以及切削能耗的变化规律。以平均切削阻力为指标,建立正交仿真试验,探究刀片厚度、刃倾角和刀片切削速度对平均切削阻力的影响。正交仿真试验结果表明:平均切削阻力最小时的最优参数组合为刀片厚度6 mm,刃倾角45°,刀片切削速度2 m/s;各因素影响平均切削阻力的顺序为刀片切削速度>刀片厚度>刃倾角。对优化后的开沟刀进行静力学分析,刀具的强度与刚度满足要求。林地试验开沟刀切削阻力平均值为232.6 N,试验值与仿真值误差为7.1%,表明开沟刀—土壤切削模型可用于开沟刀参数优化。

基于DEM-MBD的油茶林分层切抛式开沟刀组研制

针对油茶种植林地土壤粘重板结环境下因刀片剧烈冲击导致开沟效果不理想、功率消耗较大和机具振动的问题,该研究设计了一种油茶林分层切抛式开沟刀组。根据油茶开沟施肥的农艺要求,分析土壤与切土刀片间的相互作用、建立土壤颗粒在抛土刀面上的动力学微分方程,得到影响刀组切抛性能的关键因素为偏心系数、最大工作半径r1处滑切角、安装角和刀轴转速。通过EDEM-RecurDyn耦合仿真,以作业功耗与沟深稳定性系数为评价指标进行单因素及二次正交旋转组合试验,基于NSGA-Ⅲ算法对构建的二阶多项式响应面模型进行循环逼近优化,确定最优参数组合为:偏心系数1.3、最大工作半径r1处滑切角64.7°、安装角55.1°、刀轴转速301 r/min,与对照组单一外层切土刀和正装抛土刀的组合方式相比,最优参数组合下分层切抛式开沟刀组的扭矩波动降低率为21.53%。田间试验结果表明,最优参数刀组下仿真与田间试验的作业功耗、沟深稳定性系数相对误差分别为10.25%和4.55%,验证了耦合仿真模型的准确性;田间试验的作业功耗与沟深稳定性系数分别为25.96 kW和88.31%,比功耗和现有的果园开沟刀组相比降低了8.31%,沟深稳定性系数满足国家相关标准的技术要求,研究结果可为油茶林开沟刀组的设计和优化提供理论支撑与参考。

开沟器铲尖表面等离子熔覆Mo_(2)FeB_(2)涂层制备及其磨损性能

为了解决开沟器铲尖耕作过程中耐磨性差、易失效的问题,利用等离子熔覆技术在开沟器铲尖表面制备Mo_(2)FeB_(2)金属陶瓷涂层,并对其微观组织结构、物相组成、显微硬度以及耐磨性能进行研究。通过正交试验得到熔覆层制备的最优工艺参数组合为:熔覆电流80 A,熔覆距离10 mm,熔覆速度20 cm/min,并以此来制备耐磨熔覆层。结果表明,熔覆层与基体呈现良好冶金结合,其组织主要由方形、蝶状、十字镖形、树形以及不规则长条状的硬质相、网状共晶组织和铁基粘结相组成,其主要物相组成为Mo_(2)FeB_(2)、M_(3)B_(2)(M:Mo,Fe,Cr)、(Cr,Fe)7C3、MoB、CrB、Fe2B以及Fe-Cr固溶体。熔覆层的平均显微硬度为9618 MPa,为开沟器铲尖基体的2.79倍。相同工况下的磨损试验表明熔覆层的平均磨损量(19.20 mg)和平均摩擦系数(0.294)与基体相比分别降低了52.9%和42.4%;不同载荷下的磨损试验表明,随着载荷的增加,熔覆层与基体的摩擦系数呈现逐渐减小的趋势,但熔覆层的整体摩擦系数均低于基体,且其磨损形貌较基体轻微。土槽试验结果表明,熔覆层开沟器铲尖的平均磨损量(4.60 g)比常规开沟器铲尖(15.54 g)降低了70.4%;田间试验结果表明,在实际土壤环境中,开沟器铲尖熔覆层的平均磨损量(34.34 g)仅为常规开沟器铲尖(79.06 g)的43.4%,通过对比磨损形貌发现,熔覆层的存在可以有效抵御土壤磨损,使开沟器铲尖在经过长时间的磨损后能最大程度的保持原貌,从而使其表现出优异的耐磨性能。该研究结果可为提高农机触土部件的耐磨性提供理论参考和可行技术方案。

基于离散元法的多功能集成式开沟装置设计

针对牧草免耕播种机进行退化草原补播作业时存在土壤扰动明显、播种深度不均匀、种沟保墒能力差等问题,设计一款集切根、开沟、回土功能于一体的多功能集成式开沟装置。该装置采用平面圆盘破土切根,随后采用倒“T”型开沟器形成结构稳定的种沟并清理种子周围土壤内的根茎,最后由回土机构将开沟过程中被挤压至地表的土壤回填至种沟内对种子进行掩埋。采用离散元法辅助开沟装置设计,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型创建土壤离散元模型。通过离散元仿真试验确定开沟器连接柄与地面夹角为90°时作业效果最佳。通过分析回土机构工作过程受力情况,确定仿形机构弹簧劲度系数为0.6 N/mm,弹簧初始压力为60 N。开展田间试验与离散元仿真试验检验多功能集成式开沟装置作业效果,试验结果表明该装置最佳作业速度范围为0.8~1.2 m/s;作业过程土壤扰动较小,侧垄宽不超过50 mm;开沟深度稳定可控,种沟深度波动不超过5 mm;回土机构作业效果良好,有助于改善种沟保墒能力。

基于颗粒放尺效应的逆旋开沟机刀辊功耗分析与试验

为探究粗粒化建模对逆旋开沟机刀辊功耗的影响,提高离散元法的计算效率,该研究以1K-50型开沟机开沟部件为对象,利用EDEM软件构建适于南方葡萄园土质环境的刀辊-土壤离散元模型,将仿真模型中的土壤颗粒分别放大2~5倍进行开沟仿真试验,对刀辊功耗、工作阻力及土壤运动状态进行分析。结果表明:在土壤颗粒直径为5 mm、刀辊转速132 r/min、前进速度0.06 m/s、开沟深度0.3 m工况下,刀辊稳定作业阶段的功耗、水平阻力及垂直阻力平均值分别为3.73 kW、923.85 N和148.30 N,仿真功耗相对实际功耗的误差为9.9%。开沟仿真过程中刀辊的功耗、工作阻力平均值及土壤运动状态随放尺比例的变化而变化,其中刀辊功耗与水平阻力平均值随放尺比例增大而减小,垂直阻力平均值随放尺比例先减小后增大再减小,且增大放尺比例使得土垡从刀片正切面的抛出时刻提前,抛出速度减小,土垡逐渐松散,壅土高度增加,但不改变正切面上各深度土层的土壤分布顺序。放尺比例为2~5时,仿真计算时间相较原尺状态减少99%,但仿真功耗相对实际功耗的误差超过32%,当放尺比例为1.2时,能够将功耗相对误差控制在11.1%,仿真时间为22.9 h,仿真数据量313.72 GB。研究结果可为农机领域离散元放尺计算及构建刀辊-土壤粗粒化模型提供一定参考。

内嵌式基质开沟覆膜一体机设计与试验

为解决新疆南疆地区设施农业温室大棚内作业空间狭窄、缺乏高效作业的开沟覆膜一体机问题,设计一款内嵌式基质开沟覆膜一体机。该机具由机架、开沟覆膜机构、动力机构、梯形镇压机构、覆基质机构等组成,内嵌式基质开沟覆膜一体机作业可一次性完成开沟、覆膜、定型、覆土和排基质等多项作业。通过EDEM仿真软件对单一切土开沟刀和切抛组合式开沟刀进行开沟仿真模拟,并进行田间试验验证。结果表明,单一切土开沟刀在开沟过程中所受到的阻力平均值为329 N,切抛组合式开沟刀在开沟过程中所受到的阻力平均值为338 N左右,切抛组合式开沟刀提高作业质量且开沟阻力并未明显增加。该机具开沟深度为30 cm、开沟深度稳定性为87.1%、开沟后碎土率为92.4%。可为干旱偏远地区设施农业温室大棚内机械作业提供技术参考。

苹果园开沟施肥机排肥装置设计与试验

针对现代苹果园机施有机肥排肥不稳定和均匀性较差等问题,结合现代苹果园栽培模式和施肥农艺要求,设计一种牵引式施肥机械,并对其排肥装置进行研究。以排肥量和排肥一致性为试验指标,以刮肥板高度、刮肥板链条速度、挡肥板高度和机组前进速度为试验因素,利用离散元软件EDEM进行仿真模拟。仿真结果表明:刮肥板链条速度为0.2 m/s时,排肥装置的排肥一致性效果较好,挡肥板的高度、机组前进速度和刮肥板的高度对排肥一致性影响效果不显著,所有试验因素对排肥量均有显著影响。试制排肥装置进行台架试验,结果表明:在链条速度为0.2 m/s,挡肥板的高度为0 mm时,排肥量为2.02 kg/s;排肥量的理论计算值为1.91 kg/s、仿真计算值为1.96 kg/s,与试验值相比相对误差分别为5.44%和2.97%;模拟试验和台架试验的排肥一致性趋势相同,肥箱中的有机肥减少时,排肥一致性变大,最大误差为12.02%,满足果园作业要求。

果园有机肥开沟施肥覆土一体机试验分析

为解决果园生产中固体有机肥施用适用机械少、普及率低、费工费时费力等问题,太仓市农业机械技术推广站优选果园有机肥开沟施肥覆土一体机,开展试验示范,取得了较好的社会效益、经济效益和生态效益。

铣抛式烟草开沟培土机设计与试验

针对烟草机械化开沟培土作业过程中土壤抛送与落点等问题,采用“切土刀碎土—培土刀抛送—螺旋输送推出”的作业方式,设计了一种铣抛式烟草开沟培土机。依据其工作原理,对关键部件进行了分析设计。田间作业试验结果表明,开沟培土作业后垄沟土壤细碎,培土量充足,培土平均高度64.9mm,平均幅宽187.1mm。铣抛式烟草开沟培土机作业质量满足烟田开沟培土需求。

葡萄园有机肥链式反转开沟施肥机研制与试验

针对葡萄园有机肥施用深度浅,施肥不均匀等问题,该研究设计了一种链式反转开沟施肥机。该机采用先切后抛的形式,实现开沟施肥回填一体化作业,开沟深度为600 mm,通过理论分析确定了影响切土角的关键参数,构建了正置和侧置式两种施肥模式的仿真模型,并分析了两种模式的排肥规律。通过单因素试验,分析了刮板高度、角度和间距对法向接触力和变异系数的影响,并优选了刮板高度、角度和间距,分别为20 mm,90°和180 mm。田间试验表明,排肥变异系数为8.34%,与仿真结果的误差为2.32个百分点,排肥量为0.8~6 kg/m;两次试验的开沟深度稳定性系数分别为93.57%和92.58%,开沟宽度一致性系数分别为96.16%和95.04%,满足农艺要求。研究结果可为其他果园施肥机设计提供理论参考。

不同开沟深度对甜瓜幼苗生长及果实的影响

探讨不同开沟深度对甜瓜生长、果实形态、产量以及品质的影响,以期优化甜瓜种植技术并为甜瓜生产实践提供参考和指导。选取西州密17号、西州密25号、黄梦脆和白皮脆等4个厚皮甜瓜品种作为试验材料,在处理A(沟深15cm)、处理B(沟深30cm)、处理C(沟深45cm)以及CK(未开沟平畦)条件下进行大田种植试验,并系统研究其对土壤含水率和温度、甜瓜植株生长、果实性状的影响。结果表明,随着开沟深度的增加,各土层温差减小但差异不明显,而土壤含水量呈递增趋势。此外,开沟深度能够促进甜瓜植株生长。同时,不同开沟深度对4个甜瓜品种的果实纵径、果实横径、果肉厚度、单瓜质量以及可溶性固形物含量的影响比较明显,其中西州密17号、西州密25号和黄梦脆等甜瓜的各项指标随着开沟深度的增加呈先增后降趋势,并且不同品种在达到最高值时处理方式有所不同。通过隶属函数法对4个甜瓜品种的果实形态特征、产量以及品质进行综合比较,结果表明,在15~30cm范围内开沟能够取得最佳效果。因此,在露地栽培条件下,选择15~30 cm的适宜开沟深度能够实现优质高产的甜瓜生产目标。

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。