气力式秸秆深埋还田机输送装置设计与试验

针对合理耕层构建技术指标要求,设计了气力式秸秆深埋还田机输送装置。其主要结构参数为:输送管截面为0. 2 m×0. 2 m方形管;叶轮直径为0. 55 m,叶轮宽度为0. 17 m,进气口直径为0. 26 m,风机壳宽度为0. 2 m;螺旋轴直径为0. 09 m,螺旋叶片外径为0. 25 m,螺距为0. 2 m,螺旋叶片厚度为0. 003 m,螺旋外径与输送管内表面间隙为0. 005 m。通过玉米悬浮速度试验测得,长度为10 cm玉米秸秆上、中、下部分悬浮速度分别为10. 4、12. 3、12. 7 m/s,平均值为11. 9 m/s,试验结果与仿真误差为7%。基于气固耦合理论,通过CFD-DEM气固耦合法对输送装置内的气固两相流模拟研究,表明弯角30°、转速为1 800 r/min时输送管道中,秸秆最小速度为5. 21 m/s,所对应的气流速度为17～27 m/s,出口处玉米秸秆速度为6. 06 m/s,气流速度为2～27 m/s,秸秆输送效果最佳。田间试验结果表明,气力输送装置性能参数最优组合为:风机转速1 800 r/min,秸秆覆盖量1. 2 kg/m2,叶片弯角30°。田间验证试验得深埋合格率为93. 2%,有效提高了深埋质量。

秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min^(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h^(-1),开沟装置转速为270r·min^(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。

旋转锹式玉米秸秆深埋还田机的设计

针对目前秸秆存在随意堆放、大面积焚烧和利用率低等问题,在研究国内外秸秆还田机的发展现状基础上,设计了一种旋转锹式还田机。利用Solid Works软件对旋转锹式玉米秸秆深埋还田机进行了三维建模,运用ANSYS软件对其关键部件旋转锹和刀轴进行了有限元分析。力学分析表明:应力主要集中在刀片背后弯曲部分,在正切刃部分变形最大。模态分析表明:工作时刀轴的振动频率远低于固有频率范围内的最小频率,不会发生共振。研究成果可为秸秆深埋还田机的设计和改进提供参考。

玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:螺旋开沟器的最佳工作参数组合为:前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明:秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。

直注式秸秆捡拾粉碎深埋机设计与试验

为提升秸秆深埋质量,针对秸秆深埋过程中秸秆捡拾效果差、输送方式单一、输送效率低、深埋率低等问题,提出一种直注式秸秆深埋还田方法,设计了直注式秸秆捡拾粉碎深埋机,阐述了整机结构和工作原理。对关键部件进行了设计分析,设计了无护圈式捡拾装置,分析了捡拾装置各个运动阶段与弹齿的运动轨迹,确定了4个运动阶段所对应的相位角;设计了以运秸螺旋输送器和运秸叶片为主的机械输送装置、以抛秸风叶和运秸导管为主的气力输送装置。对秸秆输送量进行分析,明确了运秸螺旋输送器结构参数,得出了运秸螺旋输送器最低转速;对运秸叶片和抛秸风叶进行了动力学分析,确定了运秸叶片和抛秸风叶结构,明晰了影响秸秆输送效果的关键因素为机具前进速度、运秸螺旋输送器转速、抛秸风叶转速、运秸叶片倾角和抛秸风叶倾角,并确定了影响因素范围。仿真试验结果表明,机具前进速度和运秸螺旋输送器转速存在交互作用,最佳作业参数:机具前进速度为3 km/h、运秸螺旋输送器转速为1200 r/min和抛秸风叶转速为1600 r/min。田间试验结果表明,平均秸秆捡拾率和平均深埋率分别为91.02%,90.03%;运秸导管出口处风速和作业扭矩分别为1.78~26.83 m/s、61.55~214.78 N·m,各工作部件运行稳定,满足秸秆深埋还田作业要求,为秸秆深埋还田机研发和改进提供了依据。

秸秆深埋还田机振动特性分析与结构优化

针对玉米秸秆深埋还田机田间作业过程中振动剧烈的问题,对其振动特性进行了研究,并以提高低阶固有频率为目标优化机具结构,提高机具作业效果。通过模态分析,获取机具的固有频率;田间测试得到机具8个测试点的振动特性及功率谱;应用ISIGHT耦合平台对机具主结构进行了参数优化,避开了机具外部主要激振频率。研究表明:机具在田间作业过程中的振动主要由前进速度、自身结构、外部激励及地表情况决定,覆土装置和镇压装置具有一定的吸能减振作用,其中机具尾部已经发生共振;影响机具振动的主频集中在8~16 Hz,接近机具1阶和2阶固有频率;优化后机具主结构的1阶固有频率提升至20.348 Hz,可有效避免共振。田间试验表明,机具优化后作业过程中振动减少,噪音降低,作业效果良好,为秸秆深埋还田机具的设计优化提供了一定的理论参考。