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。

大蒜直立种植机非对称式栽植器设计与试验

针对大蒜直立种植机直立度偏低、作业效率低问题,设计了一种适用于连续式大蒜种植机非对称结构的栽植器,以抵消在栽植过程中栽植器的水平分速度不断变化对蒜种直立状态的影响。分析了栽植器和土壤对蒜种作用过程,建立了种穴底部轮廓曲线方程和大蒜直立种植装置EDEM-ADAMS仿真系统。首先根据栽植器在不同工作阶段的作用提出了上下锥角不同的两段式栽植器结构并确定了上部锥角为20°。再通过对种穴形状的对称性、种穴底部形状以及种植蒜种直立度影响的单因素仿真试验,确定了栽植器打开方式为单侧向前打开、打开时刻为栽植器运动到最低点,打开旋转中心位于栽植器下部顶点的上方110 mm、后侧15 mm。通过栽植器打开后对蒜种作用过程的模拟仿真分析,确定了栽植器的非对称结构及其相应参数。最后以蒜种直立度为指标,进行了工作参数和栽植器下部锥角的四因素三水平正交仿真试验,确定了最佳组合参数为:速比1.12、打开开度29.69 mm、打开时间0.51 s、栽植器下部锥角40.90°,此时种植蒜种直立度为72.84°。搭建了大蒜种植装置试验台对通过仿真分析设计的栽植器进行了试验验证,结果直立度为68.66°,表明建立的仿真系统正确、仿真试验结果实用可靠。

适配免耕播种单体的清秸装置改进设计与试验

地表秸秆覆盖免耕播种具有蓄水保墒、提高土壤肥力、改良土壤结构、控制土壤侵蚀、降低生产成本和提高作物产量等社会、生态和经济效益。针对现有同位仿形免耕播种单体在重度秸秆覆盖、高速作业条件下,清秸装置作业质量差、工作效率低问题,改进设计了一种具有秸秆轴向加速推送功能的清秸装置。阐明了清秸装置清理秸秆机理,完成了关键部件清秸轮和助推螺旋设计,确定了影响其工作性能主要参数及取值范围。采用二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、工作偏角、螺旋升角、螺旋叶片数为试验因素,清秸率和工作阻力为性能评价指标,在构建的EDEM-ADAMS联合仿真试验平台上实施参数组合优化试验,结果表明:各因素对清秸率影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角;各因素对工作阻力影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角。应用Design-Expert软件对试验结果进行参数组合优化,当螺旋升角为40°、螺旋叶片数为4、作业速度为7.5~10.7 km/h、工作偏角为20.0°~32.5°时,清秸率大于85%,工作阻力小于110 N。在作业速度8、9、10 km/h条件下,对螺旋升角40°、螺旋叶片数4、工作偏角30°的清秸装置进行田间性能试验,得到清秸率大于82%,工作阻力小于112 N,表明仿真试验结果可信,在作业速度10 km/h条件下相对未优化清秸装置清秸率提高33.5%、工作阻力无显著性差异。