發(fā)布時間：2020-11-21 10:37

　　 隨著傳統(tǒng)耕作模式帶來的土壤有機質(zhì)含量逐漸降低,免耕耕作的需求日益增加,因此對免耕耕作模式的作業(yè)要求也越來越高。深松技術(shù)是免耕耕作模式的主要技術(shù)之一,本文針對深松作業(yè)時土壤擾動大、耕作阻力大、深松土塊殘留較大等問題,設(shè)計了破茬深松裝置,并分別對深松鏟和破茬碎土刀兩個部件進(jìn)行對比試驗,驗證其單獨部件優(yōu)良性,在此基礎(chǔ)上對裝置進(jìn)行優(yōu)化試驗,得到最優(yōu)工作參數(shù)組合。文章在綜合研究國內(nèi)外免耕研究成果的基礎(chǔ)上,針對東北玉米壟作地區(qū)免耕地存在的問題,采用試驗探究、理論分析及試驗驗證相結(jié)合的方法,對破茬深松裝置進(jìn)行了研究。本文的主要研究如下:(1)設(shè)計了擬合曲線型深松鏟。采用離散元軟件模擬深松鏟鏟尖在土壤中的運動,并依據(jù)仿真試驗結(jié)果獲得鏟尖上方土壤顆粒運動軌跡的擬合曲線和擬合方程,采用線元設(shè)計法對線形優(yōu)化,獲得鏟柄外形曲線;同時設(shè)計了鏟柄刃部,確定切削刃角為40°、入土角為21°,并通過鏟柄與鏟尖的互作效應(yīng)試驗驗證了設(shè)計思路的合理性,得到了擬合曲線型深松鏟。(2)設(shè)計了破茬碎土刀。結(jié)合裝置部件之間互作效應(yīng)時的運動學(xué)分析及深松鏟的田間探究試驗,確定破茬碎土刀刃口曲線與地面夾角為10~70°,破茬碎土刀最小半徑為180 mm,中間半徑為215 mm,最大半徑為235 mm,深松鏟與破茬碎土刀的最小間隙為20 mm,并運用離散元仿真試驗為部件配合設(shè)計的合理性提供依據(jù)。(3)通過土槽和田間對比試驗,驗證了擬合曲線型深松鏟的作業(yè)性能。土槽對比試驗結(jié)果表明擬合曲線型深松鏟比折線式深松鏟土壤擾動量減少了53.60%,耕作阻力減少了36.23%;比圓弧式深松鏟土壤擾動量減少了66.18%,耕作阻力減少了29.18%。田間對比試驗結(jié)果表明,擬合曲線、折線式、圓弧式深松鏟的回土面積分別為7745.4、4278.6、3136.4 mm~2。因此對比試驗說明擬合曲線型深松鏟深松作業(yè)時土壤擾動量較小,符合保護(hù)性耕作的要求。(4)通過仿真試驗和田間對比試驗,驗證與擬合曲線型深松鏟互作效應(yīng)的破茬碎土刀的作業(yè)性能。離散元仿真對比試驗表明,深松鏟—破茬碎土刀互作效應(yīng)比深松鏟—破茬碎土刀、圓盤刀、缺口破茬刀分離作用時,破茬碎土刀阻力分別減小25.1%、16%、31.5%;深松鏟—破茬碎土刀阻力分別減小了8.3%、4.5%、14.9%;碎土效果分別增加了11.5%、98.5%、157%。田間性能試驗表明,互作效應(yīng)裝置與參照指標(biāo)相比,破茬比率提高10.92%、碎土率提高6.04%、耗油量降低31.39%;田間對比試驗表明,互作效應(yīng)的破茬碎土刀比分離作用的破茬碎土刀、圓盤刀、缺口破茬刀,在相同工況下,平均破茬比率分別增加了3.53%、19.38%、8.86%;在不同工況下,比分離作用的圓盤刀,平均載重每降低20 kg,破茬比率提高13.8%,耗油量減小7%,平均載重每降低40 kg,破茬比率提高5.82%,耗油量減小21.82%,比分離作用的缺口破茬刀,平均載重每降低20 kg,破茬比率提高4.5%,耗油量減小了12.79%。(5)通過仿真試驗和田間試驗對整個裝置的工作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。仿真試驗結(jié)果表明,影響裝置功耗的主次因素為作業(yè)速度、深松深度、裝置載重、破茬碎土刀與深松鏟的距離;影響作業(yè)前后根茬壓縮力減少量因素的主次順序為裝置載重、深松深度、作業(yè)速度、破茬碎土刀與深松鏟的距離;當(dāng)裝置載重106.75 kg、作業(yè)速度0.43 m/s、深松深度266.45 mm、破茬碎土刀與深松鏟的距離為332.12 mm時,裝置功耗為0.6072 kW,作業(yè)前后根茬壓縮力減少量為411.506 N,作業(yè)效果最優(yōu)。田間試驗結(jié)果表明,破茬深松裝置優(yōu)化結(jié)果組合與傳統(tǒng)機具參照指標(biāo)相比,深松深度穩(wěn)定性提高14%,破茬比率提高15.05%,碎土率提高6.17%,功耗降低48.6%,耗油量降低13.8%。優(yōu)化后的破茬深松裝置性能有較大提升,滿足保護(hù)性耕作要求。本文設(shè)計的破茬深松裝置能夠利用深松鏟與破茬碎土刀的互作效應(yīng)增強裝置的作業(yè)性能與作業(yè)效果,為深松、破茬、碎土等農(nóng)機具部件的設(shè)計提供可借鑒的思路。
【學(xué)位單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：S222
【部分圖文】：

但在耕作阻力較大的深松作業(yè)中，要求深松鏟的強度較高，后掠弧式深松鏟往往存在作業(yè)過程中存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、使用壽命短的現(xiàn)象。圖1-1 圓弧式深松鏟Fig. 1-1 Circular subsoiler圖1-2 后掠弧式深松鏟Fig. 1-2 Swept back subsoiler傾斜式（折線式）深松鏟鏟柄如圖 1-3，1-4 所示，傾斜式深松鏟一般由 2-3 段線段組成，其鏟柄呈現(xiàn)為拐點鏈接，無圓弧過渡，在作業(yè)過程中能夠打破犁底層，起到很好的深松作用。但在深松作業(yè)過程中耕作阻力較大，土壤擾動量較大，土壤墑情損失嚴(yán)重，長時間的深松作業(yè)鏟柄的拐點處會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對深松鏟的磨損比較嚴(yán)重。圖1-3 傾斜式深松鏟Fig. 1-3 Inclined subsoiler圖1-4 折線式深松鏟Fig. 1-4 Polygonal subsoiler

圖1-1 圓弧式深松鏟Fig. 1-1 Circular subsoiler圖1-2 后掠弧式深松鏟Fig. 1-2 Swept back subsoiler傾斜式（折線式）深松鏟鏟柄如圖 1-3，1-4 所示，傾斜式深松鏟一般由 2-3 段線段組成，其鏟柄呈現(xiàn)為拐點鏈接，無圓弧過渡，在作業(yè)過程中能夠打破犁底層，起到很好的深松作用。但在深松作業(yè)過程中耕作阻力較大，土壤擾動量較大，土壤墑情損失嚴(yán)重，長時間的深松作業(yè)鏟柄的拐點處會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對深松鏟的磨損比較嚴(yán)重。圖1-3 傾斜式深松鏟Fig. 1-3 Inclined subsoiler圖1-4 折線式深松鏟Fig. 1-4 Polygonal subsoiler

但在深松作業(yè)過程中耕作阻力較大，土壤擾動量較大，土壤墑情損失嚴(yán)重，長時間的深松作業(yè)鏟柄的拐點處會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，對深松鏟的磨損比較嚴(yán)重。圖1-3 傾斜式深松鏟Fig. 1-3 Inclined subsoiler圖1-4 折線式深松鏟Fig. 1-4 Polygonal subsoiler
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本文編號：2892885