平行犁组翻扣与旋耕组合式油菜种床制备装置研究

针对长江中下游稻-油轮作区土壤黏重板结、秸秆量大,油菜直播机采用普通旋耕时易导致种床耕层浅、秸秆埋覆率低,现有犁旋一体机作业时纵向尺寸大的问题,结合油菜直播农艺要求和合理耕层构建需求,设计了一种平行扣垡犁组,提出了一种“圆盘犁刀切茬-压茬,平行犁组翻扣埋茬,旋耕刀辊碎土-匀土”的组合式耕整作业方案。采用直纹面法对扣垡犁的犁体曲面进行设计,构建了犁体曲面解析参数方程,建立了基于离散元方法的耕作部件-土壤-秸秆互作仿真模型,应用EDEM软件开展了二次正交旋转试验,分析了扣垡犁扣垡性能。仿真结果表明:当偏转角θ取12°、元线角差值Δθ取11°时,犁体扣垡效果最优。田间试验结果表明:当耕深为230 mm、作业速度为5.15 km/h时,扣垡犁平均扣垡率为91.3%,有较好埋茬效果;平行扣垡犁组在高茬秸秆工况下有较好的通过性,秸秆平均埋覆率达到82.5%,平均耕深达到218.6 mm,耕深稳定性系数达到90.2%。田间对比试验结果表明:在水稻收获后平均留茬高度为513 mm的工况下,平行犁组翻扣与旋耕组合式油菜种床制备装置平均耕深达229.7 mm,秸秆埋覆率为87.5%,碎土率为89.7%,厢面平整度为31.8 mm,相比于普通旋耕机作业效果,平均耕深增大90.9 mm,秸秆埋覆率和碎土率分别提高7.2个百分点和6.5个百分点,作业质量满足油菜播种要求,符合油菜“深翻埋茬,上松下紧”的种床合理耕层构建要求。

驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机设计与试验

针对传统旋耕式耕整机在稻-油或稻-稻-油水旱轮作的油菜种植模式下进行耕整地作业易存在整机通过性、适应性差,旋耕装置作业碎土率低、刀辊易缠草、秸秆埋覆性能差等问题,设计了一种驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机。提出先主动犁耕后双刃旋耕、两侧开畦沟的工作方式,分析确定了驱动圆盘犁组主要结构参数以及驱动圆盘犁组-开畦沟前犁布局方式;分析确定了一种应用于驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机的双刃型旋耕装置关键结构参数。依据滑切原理确定了具有长刃部和短刃部的双刃型旋耕刀片关键结构参数;根据驱动圆盘犁组结构布局确定了双刃型旋耕装置为双头螺旋线排列方式。利用离散元仿真方法分析了整机的秸秆埋覆性能以及对土壤耕层交换的影响,结果表明整机作业平均秸秆埋覆率为94.69%,且整机作业后土壤耕层混合均匀。在秸秆留茬量不同的两种工况下进行田间性能试验,田间性能试验表明,驱动圆盘犁与双刃型旋耕刀组合式耕整机作业后平均秸秆埋覆率为96.45%,平均碎土率为95.30%,犁组不堵塞,刀辊不易缠草,机组通过性好;田间播种试验表明,整机播种后油菜出苗均匀,整机作业各项指标均满足稻茬地油菜直播种床整备要求。

犁翻旋耕复式作业耕整机的设计与试验

为了满足稻麦轮作耕作方式的整地需求,设计研制一款集翻耕、旋耕、秸秆粉碎还田等多道工序的犁翻旋耕复试作业整地机械。根据机器复试作业的特点,设计过程重点考虑犁耕与旋耕作业之间的交互作用,将旋耕机架整体向右侧偏置210 mm,且左、右旋耕刀辊内侧旋耕刀至副减速箱距离均为50 mm。根据实际田间作业情况,应用EDEM仿真软件进行虚拟田间作业仿真,仿真结果表明:碎土率为91.4%,地表平整度小于20 mm。在设计与仿真的基础上,进行田间试验,设计一组先犁耕后旋耕作业试验与犁旋耕整机复式作业相对照,田间试验表明:犁旋耕整机作业后,耕宽、耕深、地表平整度分别为1.98 m、21.6 cm、1.87 cm,耕深稳定系数、耕宽稳定系数、碎土率、植被覆盖率均达到90%以上,各项指标均优于二次整地模式,且在油耗、生产率指标上远远优于后者。该研究为复式整地机械的研制及交互性设计提供参考。

反转旋耕刀滑切角分析与计算

对反转旋耕刀滑切角的分析与计算表明 :反转旋耕刀滑切角的意义及方程与正转旋耕刀相同 ,可以按照统一的方法描述旋耕刀滑切角的特性 ,并计算其大小。由于工作范围不同 ,反转旋耕刀滑切角是从大逐渐减小的 ,其变化规律与正转旋耕刀不同。如果反旋刀入土时不能满足滑切要求 ,则在整个切土过程中都不满足滑切要求。在切土阶段 ,反转旋耕刀的动态滑切角大于正转旋耕刀 ,但由于反转旋耕切草类似于无支承切割以及反旋刀抛土性能差等特点 。

正、反转旋耕刀性能分析及切土扭矩比较试验

通过建立适当的坐标系 ,把正、反转旋耕刀的运动统一起来 ,用同一个方程表示 ,二者只是在不同的切土范围内工作。用这种方法对正、反转旋耕刀的不同特性进行了分析比较 ,可知在同样结构参数和运动参数条件下 ,反转旋耕刀能以较低的转速获得较高的切削速度。对ⅠS2 2 5、ⅡS2 2 5和T140三种正、反转旋耕刀进行了单刀切土扭矩对比试验 ,结果表明 ,在旋耕速度比值较大、切土角变化的影响较小时 ,反转旋耕刀的切土扭矩小于正转旋耕刀 ;但切土角对旋耕刀切土扭矩的影响很大 。

随机动载荷作用下刨煤机刨链疲劳寿命预测

通过建立的刨煤机动力学模型,采用雨流法、线性Miner疲劳累积损伤模型,对刨链疲劳寿命进行预测。通过仿真计算,得到不同随机刨削阻力、不同刨链预紧力以及不同链轮齿数作用下的刨链疲劳寿命。结果表明:刨削阻力均值增加,疲劳寿命降低;增大刨链预紧力或增加链轮齿数均可提高刨链疲劳寿命;随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨链的疲劳寿命影响较大,链轮多边形效应影响较小。通过刨链张力测试实验,分析在不同刨削深度情况下张力实验数据,得到刨链疲劳累积损伤规律与通过仿真得到的规律一致。

耕作方式对麦后复播大豆生长发育及产量的影响

为探究适合北疆滴灌条件下麦后复播大豆的高产耕作方式,分别于2012年、2013年进行了滴灌条件下不同耕作方式对复播大豆生长发育及产量影响的田间试验。研究结果表明,大豆各生育时期的群体叶面积指数(LAI)均表现为:翻耕(T)>旋耕(RT)>免耕(NT)。其中,T处理两年LAI均值高出NT处理的27.25%,2013年增加翻耕覆膜处理(TP)后,全生育时期LAI的平均值显著高于同年RT处理和NT处理的,比同年T处理也高出11.81%,达极显著差异水平(p≤0.01),增大了叶片对光能的截获面积,增强光合作用,促进植株干物质的积累,利于生殖器官的发育。由产量构成因素可知,T处理的单株荚数、单株粒数、百粒重两年的均值分别较NT处理的高出23.18%、19.69%、8.89%,增产达13.35%,增收32.11%。尤其是2013年翻耕覆膜处理,大豆的单株荚数、单株粒数、百粒重较同年T处理高出28.00%、27.46%、2.72%,增产达7.43%,差异极显著(p≤0.01),增收12.15%,获得良好的经济效益。因此认为,北疆麦后复播大豆宜实施翻耕的耕作措施并以地膜覆盖采用膜下滴灌为宜。

正转旋耕土壤破碎情况的研究

测量了不同工况下的正转旋耕机耕作后土壤的质量百分比 ,获得了对应的土壤破碎的分形维数。结果表明 :耕后地表土块尺寸的分布是一种分形 。

正反转旋耕灭茬机刀片的功耗分析

旋耕机是一种应用非常广泛的耕耘机械。人们目前使用的大部分都是正转旋耕方式和正转刀片,对反转旋耕方式及其刀片的研究相对较少,并且对其中的一些性能和适用条件尚未完全了解。为此,分析了旋耕过程中不同的旋耕方式对于旋耕功耗以及各种负荷的影响,提出了在一定渠道条件下的旋耕方式,为设计出合理的刀片形状提供理论依据。

安装参数与掘进参数对滚刀破岩阻力的影响

为获得不同切削顺序下盘形滚刀安装参数与掘进参数对其破岩阻力的影响,通过建立多滚刀破岩数值模型,研究不同切削顺序下滚刀贯入度、刀间距、安装半径与刀盘转速等参数对滚刀破岩阻力的影响规律,采用多因素正交实验法分析各因素对破岩阻力的影响显著性,并通过滚刀破岩试验验证数值分析结果的正确性.研究结果表明:滚刀破岩阻力总体上随贯入度、切削速度、刀间距与安装半径的增加而增大;不同切削顺序下,滚刀破岩阻力各不相同,其差异性随贯入度增加以及刀间距减小而逐渐增大;3种不同切削顺序下,贯入度对滚刀破岩阻力影响均为非常显著,刀盘转速和滚刀安装半径对破岩阻力影响较小,刀间距对破岩阻力的影响随切削顺序变化而有明显差异,破岩试验结果与仿真基本一致.

茶园不同施肥方式对土壤化学性质的影响

设人工撒施、人工开沟施肥、机械旋耕施肥、机械中间犁耕施肥深10cm、机械中间犁耕施肥深20cm、机械双侧旋耕施肥深10cm、机械双侧旋耕施肥深20em、不施肥旋耕、不施肥中间犁耕、不施肥双侧旋耕10个处理，研究了3种不同施肥方式对茶园土壤化学性质的影响。结果表明：机械双侧旋耕施肥显著增加了行间15—35cm范围土壤的无机氮含量，机械旋耕使深层土壤无机氮含量明显增加；人工撒施、人工开沟施肥、机械旋施处理土壤有效钾含量均较高，其中人工撒施处理有效钾含量最稳定，机械中间犁耕施肥深10cm处理效果最差；土壤有效磷含量以机械双侧旋耕施肥深20cm、3个不施肥处理最高，机械旋耕、机械中间犁耕施肥深10cm、机械中间犁耕施肥深20cm、机械双侧旋耕施肥深10cm处理较低。

旋转耕作机刀片排列应用程序的设计

根据旋转耕作机具刀片在刀轴上排列的不同要求，在ＡｕｔｏＣＡＤｒ１３ｆｏｒｗｉｎｄｏｗｓ平台上设计了能适应各种要求的刀片排列应用程序。该程序可以实现４ｎ±２最优数列排列、双螺旋线自动排列及任意网格线的生成与光标定位排列。该应用程序已应用于旋耕机的刀片排列、反转灭茬机的灭茬刀排列及秸秆还田机的甩刀排列等方面，使用效果良好，方便快捷。

旋挖切削土阻力的理论分析与试验研究

在传统土的平面切削理论基础上,提出了土的旋挖切削模型,推导出旋挖切削土阻力公式,公式考虑了孔壁内侧剪切破坏和实际切削角减小等问题。采用多种刀具对砂土进行大量旋挖试验,以测得不同刀具在改变切削角时的旋挖切削阻力。通过试验与理论分析结果比较,证明了理论公式的正确性。研究发现,切削阻力与切削角呈非线性关系,并且不同土质有不同的最佳切削角;不带刀齿的刀具切削阻力大于有齿刀具,而且受切削角影响较大。

南方丘陵山区水稻秸秆还田耕整地技术研究

调查和分析了南方丘陵山区水稻秸秆还田现状及农民常用的几种耕整地机具的特点,进行了以手扶拖拉机为动力的驱动圆盘犁和旋耕机联合作业的水稻秸秆还田耕整地试验。试验结果:水稻秸秆还田率可达95.1%,耕深达到20cm以上,田块范围内的地表高低差只有2.4cm,符合水稻机插秧对田块的要求。

抛土率估算的模糊动态聚类分析方法

为获得潜土逆转旋耕抛土率的定量数据 ,以揭示抛土性能与工作参数的关系 ,提出了土粒流图像的模糊动态聚类分析方法和实现途径 ,建立了抛土量线性识别函数、动态聚类权重函数、模糊动态聚类隶属函数数学模型 ,为分析混合重叠。

新型高效前犁后旋施肥播种机结构设计

为解决现有秸秆还田机具作业效果不理想,秸秆埋覆深度浅等实际问题,设计一种多功能组配式耕种复式作业机,一次进地实现犁翻、旋耕、施肥、播种等多项作业。重点介绍整机结构及其工作原理,确定机具关键部件的结构形式和主要参数。通过试验表明,该机具工作性能稳定,秸秆埋覆效果好、播种深度均匀一致,作业效率高,能够满足旱田秸秆还田复式作业要求。

下切式节能旋耕刀刃口线设计研究

本文比较了犁耕和旋耕的功耗特点,指出了降低旋耕刀切土功耗的技术途径,并以放射螺线作为刃口线在俯视图中的投影曲线,建立了刃口曲线微分方程式,还讨论了刃口线设计参数取值。所设计的正切刃口曲线将作为曲导线用于构造下切式节能旋耕刀正切刃面。

基于Pro/E和ANSYS的旋耕机圆锥齿轮有限元分析

利用Pro/ENGINEER WildFire3.0强大的三维实体造型功能,对LY型旋耕机传动箱主动轴上的锥齿轮建立复杂的直齿圆锥齿轮齿廓三维模型。同机配置ANSYS—Pro/E接口,将齿轮模型导入ANSYS中,形成相应的三维有限元模型;对齿根应力进行有限元分析,得出了齿根弯曲应力等值分布图和齿轮应变图,由此为直齿圆锥齿轮的精确设计提供了可靠的理论依据和可行的方法,提高了设计质量和效率。

旋耕机曲面罩壳与被抛土垡碰撞过程动态仿真

研究了潜土逆转旋耕被抛土垡质点与旋耕机曲面罩壳的碰撞机理,建立了碰撞数学模型和仿真模型,利用计算机在AUTOCADR14平台上,从运动学的角度进行了碰撞过程的动态仿真,分析了旋耕机曲面罩壳的结构参数与位置参数对潜土逆转旋耕工作效果的影响。

旋耕刀研究的现状与展望

总结并比较了国内外旋耕刀研究方法，提出了以降低耕作功耗和提高抛土性能为目标的新型潜土逆转旋耕刀的研究方向．