水田高茬秸稈旋耕埋覆機(jī)理研究

【摘要】：我國人口在增長,人民生活水平在提高,糧食總量剛性需求越來越大,與糧食總量相對(duì)應(yīng)的農(nóng)作物秸稈總量也在同步增加。秸稈還田是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑,既能解決焚燒難題,又能改善土質(zhì)、提高地力、降低化肥施用量。我國南方地區(qū)土地復(fù)種指數(shù)高,秸稈量大,農(nóng)時(shí)緊迫,雨水多,秸稈當(dāng)前處理方式以埋覆還田為主。埋覆前先要粉碎,以避免埋覆過程中秸稈纏繞農(nóng)機(jī)具。秸稈粉碎延誤農(nóng)時(shí)、增加作業(yè)成本,是農(nóng)民焚燒秸稈的主要原因。為了能夠省去秸稈粉碎環(huán)節(jié)直接埋覆還田,本課題組于2007年開發(fā)了1GMC-70型船式旋耕埋草機(jī)產(chǎn)品,該產(chǎn)品有一定的市場(chǎng)占有量。本課題主要研究1GMC-70型船式旋耕埋草機(jī)刀輥的秸稈埋覆機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,進(jìn)一步提高其作業(yè)效率和耕作效果。 本文首先對(duì)該機(jī)核心耕作部件即螺旋橫刀建立了數(shù)學(xué)模型,分析了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)作業(yè)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),螺旋橫刀刃口的動(dòng)態(tài)滑切角為25.2°±0.1。,近似為常數(shù),耕作過程中刀輥受力平穩(wěn),振動(dòng)小。螺旋橫刀的動(dòng)態(tài)滑切角接近秸稈-旋耕刀之間的摩擦角(26°450)下限,它對(duì)秸稈既有砍壓作用,又有滑切作用,滑切作用可以讓橫刀本身保持自潔、不纏草,降低其切土阻力；砍壓作用可以將秸稈直接壓覆入泥。刀輥埋覆秸稈的方式不是將秸稈切碎并與耕層土壤混合,而是由螺旋橫刀將秸稈直接壓覆入泥。刀輥在作業(yè)過程中切斷了易碎秸稈,但柔韌性較大的秸稈仍然保持整株?duì)顟B(tài)。刀輥對(duì)秸稈的埋覆效果與切碎程度之間沒有相關(guān)性。 刀輥中立刀有34把-36把,數(shù)量最多,尺寸最小,焊接難度及焊接工作量等都比較大。立刀輔助螺旋橫刀完成作業(yè)功能,這種輔助作用對(duì)刀輥整體耕作性能至關(guān)重要。但是本文通過理論分析發(fā)現(xiàn),立刀沒有實(shí)現(xiàn)其預(yù)期的設(shè)計(jì)功能,并通過田間對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證了這一觀點(diǎn)。立刀對(duì)后續(xù)螺旋橫刀有破茬效應(yīng),但破茬量不超過后續(xù)螺旋橫刀切土節(jié)距的32.4%,破茬能力不足；立刀對(duì)后續(xù)橫刀切下的土壤垡條有預(yù)先切斷效應(yīng),但只切割了垡條橫截面積的40%左右,沒有切斷垡條。立刀沒有發(fā)揮作用,整機(jī)作業(yè)功能基本上都由螺旋橫刀實(shí)現(xiàn),功能過于集中,這是造成1GMC-70型船式旋耕埋草機(jī)作業(yè)效率偏低的主要原因。 秸稈埋覆功能主要由螺旋橫刀實(shí)現(xiàn),本文詳細(xì)分析了螺旋橫刀的制造工藝過程。結(jié)果表明,現(xiàn)行工藝存在較大的制造誤差,該誤差對(duì)刀輥?zhàn)鳂I(yè)性能有一定影響。螺旋橫刀動(dòng)態(tài)滑切角的理論值為25.2。±0.1°,但由于制造工藝誤差量較大,耕作過程中螺旋橫刀沿刀軸方向按照先后入土順序,其刃口對(duì)地表秸稈的動(dòng)態(tài)滑切角從32.4°逐漸降低至14.70,切削方式由滑切過渡為砍切?？城蟹绞绞孤菪龣M刀后入土一端喪失了自潔性和不纏草性,這從理論上解釋了田間作業(yè)過程中螺旋橫刀后入土一端經(jīng)常出現(xiàn)纏草現(xiàn)象的原因。 為發(fā)揮立刀對(duì)后續(xù)螺旋橫刀的破茬效應(yīng),減輕螺旋橫刀切土阻力,本文重新設(shè)計(jì)了立刀：用國家標(biāo)準(zhǔn)旋耕刀IIT245替代立刀。為了最大限度地發(fā)揮旋耕刀IIT245對(duì)后續(xù)螺旋橫刀的破茬效應(yīng),本文對(duì)旋耕刀IIT245的排布方式進(jìn)行了理論研究,給出了較優(yōu)的排布方案。在該排布方案中,旋耕刀IIT245對(duì)后續(xù)螺旋橫刀切土節(jié)距的增加量(即破茬量)占切土節(jié)距的118.0%-122.7%,起到了完全破茬效果,對(duì)后續(xù)螺旋橫刀切下的垡條也起到了預(yù)先完全切斷作用。旋耕刀IIT245還存在一定的破茬寬度,總的破茬寬度約占整機(jī)耕幅的1/3。用標(biāo)準(zhǔn)旋耕刀IIT245替代立刀,有效減輕了后續(xù)螺旋橫刀的切土阻力。田間試驗(yàn)表明,新刀輥?zhàn)鳂I(yè)效率提高了5-6倍,原刀輥需要兩遍作業(yè)才能滿足農(nóng)藝要求,新刀輥耕作一遍即可滿足農(nóng)藝要求,耕深及耕深穩(wěn)定性、秸稈埋覆率、碎土率、耕后地表平整度等各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)都有明顯提高。 本文研究結(jié)果為提高旋耕埋草機(jī)三化水平(標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化)提供了理論參考依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：水田耕作 高茬秸稈 旋耕埋覆 秸稈還田 旋耕機(jī) 旋耕試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：S222.3
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 主要符號(hào)含義13-14
• 第1章 緒論14-39
• 1.1 課題來源14
• 1.2 研究背景14-21
• 1.2.1 人口和糧食問題14-15
• 1.2.2 氣候和淡水資源問題15
• 1.2.3 環(huán)境污染問題15-16
• 1.2.4 水田保護(hù)性耕作問題16-21
• 1.3 研究目的與意義21-22
• 1.4 水稻種植情況及秸稈處理方式國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-34
• 1.4.1 國外水田種植方式研究22-23
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀23-34
• 1.5 旋耕理論與秸稈切割理論國內(nèi)外研究現(xiàn)狀34-36
• 1.6 研究內(nèi)容與方法36-39
• 1.6.1 研究內(nèi)容36-37
• 1.6.2 技術(shù)路線37-39
• 第2章 刀輥結(jié)構(gòu)參數(shù)分析39-57
• 2.1 引言39
• 2.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)39-41
• 2.3 主要耕作部件結(jié)構(gòu)及功能41-44
• 2.3.1 擋草卡41-42
• 2.3.2 螺旋橫刀42
• 2.3.3 彎刀42-43
• 2.3.4 立刀43-44
• 2.4 螺旋橫刀結(jié)構(gòu)參數(shù)分析44-56
• 2.4.1 螺旋橫刀的分析與建模44-46
• 2.4.2 橫刀螺旋線的靜態(tài)方程與動(dòng)態(tài)方程46-48
• 2.4.3 橫刀的靜態(tài)參數(shù)分析48-50
• 2.4.4 橫刀的動(dòng)態(tài)參數(shù)分析50-54
• 2.4.5 參數(shù)評(píng)價(jià)54-56
• 2.5 本章小結(jié)56-57
• 第3章 刀輥?zhàn)鳂I(yè)性能分析57-81
• 3.1 引言57
• 3.2 立刀設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)程度分析57-66
• 3.2.1 立刀結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)功能57-58
• 3.2.2 立刀功能分析58-59
• 3.2.3 確定立刀破茬、切割垡條等效應(yīng)最強(qiáng)的刃口線位置59-60
• 3.2.4 立刀的秸稈切碎效應(yīng)分析60-61
• 3.2.5 立刀的破茬效應(yīng)和碎土效應(yīng)分析61-63
• 3.2.6 立刀的垡條切割效應(yīng)分析63-65
• 3.2.7 立刀排布方式分析65
• 3.2.8 本節(jié)小結(jié)65-66
• 3.3 螺旋橫刀制造工藝誤差及影響分析66-77
• 3.3.1 橫刀制造工藝分析66-68
• 3.3.2 工藝誤差分析68-74
• 3.3.3 工藝分析過程的正確性檢驗(yàn)74-75
• 3.3.4 誤差量對(duì)作業(yè)效果的影響75-76
• 3.3.5 本節(jié)小結(jié)76-77
• 3.4 整機(jī)存在的問題77-80
• 3.4.1 旋轉(zhuǎn)半徑77
• 3.4.2 作業(yè)效率77-78
• 3.4.3 田角余量78-79
• 3.4.4 整機(jī)栽頭79-80
• 3.5 本章小結(jié)80-81
• 第4章 刀輥改進(jìn)設(shè)計(jì)81-108
• 4.1 引言81
• 4.2 新刀輥整體結(jié)構(gòu)81-82
• 4.3 螺旋橫刀的改進(jìn)82-83
• 4.4 彎刀的改進(jìn)83-95
• 4.4.1 確定彎刀最大旋轉(zhuǎn)半徑83
• 4.4.2 確定彎刀破茬條件83-85
• 4.4.3 彎刀結(jié)構(gòu)改進(jìn)85-86
• 4.4.4 計(jì)算刀輥切土節(jié)距86
• 4.4.5 破茬效應(yīng)驗(yàn)算86-87
• 4.4.6 計(jì)算彎刀刃口滑切角87-94
• 4.4.7 本節(jié)小結(jié)94-95
• 4.5 旋耕刀IIT245的排布方式研究95-107
• 4.5.1 建立旋耕刀IIT245三維模型95-97
• 4.5.2 旋耕刀IIT245的排布97-104
• 4.5.3 旋耕刀IIT245破茬效應(yīng)研究104-107
• 4.6 本章小結(jié)107-108
• 第5章 試驗(yàn)研究108-128
• 5.1 引言108
• 5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定及處理方法108-113
• 5.2.1 作業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)108-110
• 5.2.2 耕前作業(yè)條件測(cè)量110-112
• 5.2.3 耕作過程中數(shù)據(jù)測(cè)試112
• 5.2.4 補(bǔ)充說明112-113
• 5.3 試驗(yàn)一：冬閑水稻田高茬秸稈旋耕埋覆試驗(yàn)113-116
• 5.4 試驗(yàn)二：油菜整株水田旋耕埋覆試驗(yàn)116-118
• 5.5 試驗(yàn)三：野稗整株水田旋耕埋覆試驗(yàn)118-121
• 5.6 試驗(yàn)四：油菜根茬水田旋耕埋覆試驗(yàn)(改進(jìn)后刀輥)121-123
• 5.7 試驗(yàn)五：水稻田高茬秸稈旋耕埋覆試驗(yàn)(改進(jìn)后刀輥)123-125
• 5.8 試驗(yàn)六：旱地高植被整株旋耕埋覆試驗(yàn)(改進(jìn)后刀輥)125-126
• 5.9 本章小結(jié)126-128
• 第6章 結(jié)論與建議128-131
• 6.1 主要結(jié)論128-129
• 6.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)129-130
• 6.3 進(jìn)一步研究的建議130-131
• 參考文獻(xiàn)131-140
• 致謝140-141
• 附錄1：攻讀博士學(xué)位期間主要研究工作141-142
• 專利141
• 學(xué)術(shù)論文141
• 參與的科研項(xiàng)目141-142
• 附錄2：Matlab程序代碼142-164
• 第2.4 節(jié) 程序代碼142-149
• 第3.2 節(jié) 程序代碼149-155
• 第3.3節(jié) 程序代碼155-159
• 第4.4節(jié) 程序代碼159-163
• 第4.5 節(jié) 程序代碼163-164
• 附錄3：田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總164-176
• 1、試驗(yàn)一164-166
• 2、試驗(yàn)二166-167
• 3、試驗(yàn)三167-169
• 4、試驗(yàn)四169-171
• 5、試驗(yàn)五171-175
• 6、試驗(yàn)六175-176

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旋耕機(jī)的旋耕刀怎樣安裝與排列    孟憲平;張存強(qiáng);韓瀏;

旋耕機(jī)的動(dòng)力輸出軸聯(lián)動(dòng)裝置    孫澤斌

斜置式旋耕研究初探    王國林,王新忠,桑正中

基于Solidworks的旋耕刀實(shí)體建模與有限元分析    高玉芝;王君玲;雷曉柱;

基于COSMOS的還田機(jī)械旋耕刀彎折角優(yōu)化    蓋超;董玉平;

旋耕彎刀側(cè)切刃曲線分析及新型曲線的推導(dǎo)    曲國良,丁為民,彭嵩植

潛土逆轉(zhuǎn)旋耕刀切土過程的計(jì)算機(jī)圖解分析    陳翠英,許曉東,石耀東

斜置旋耕刀側(cè)切刃曲線的理論研究    高建民,桑正中

旋耕刀傳感器及微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的研究——Ⅰ.傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)    張金龍;丁為民;彭嵩植;

旋耕-碎茬仿生刀片田間旋耕作業(yè)功耗的試驗(yàn)研究    汲文峰;賈洪雷;佟金;

微耕機(jī)用旋耕刀組的標(biāo)準(zhǔn)化研究    許穎;李祥;陽緒英;岳高峰;郭小鋒;

一種小型茶園中耕機(jī)的研制    楊擁軍;陳力航;喻季紅;劉偉英;羅意;

一種跨壟式深施肥套種機(jī)的研究    陳雄飛;羅錫文;曾山;張國忠;張明華;

小型玉米壟作免耕播種機(jī)的油耗試驗(yàn)與分析    王慶杰;何進(jìn);梁忠輝;李洪文;李問盈;

65Mn激光硬化表面土壤磨損試驗(yàn)    陳卓君;張祖立;

直線刃橫刀直角切削過程有限元仿真與分析    周明;張國忠;許綺川;夏俊芳;周勇;姚興林;

東北地區(qū)玉米壟作免耕播種機(jī)研究現(xiàn)狀    王慶杰;何進(jìn);梁忠輝;李洪文;李問盈;朱惠斌;

旋耕機(jī)生產(chǎn)企業(yè)狀況分析——基于全國耕作機(jī)械質(zhì)量安全普查    劉曉娟;于曉波;張鳳菊;趙麗萍;李國林;

北京飼料粉碎機(jī)配件質(zhì)量有待提高    王輝

農(nóng)業(yè)機(jī)械零配件抽樣合格率６２．５％    記者李冬玲

新型旋轉(zhuǎn)中耕追肥機(jī)研制成功    新華

旋耕機(jī)的正確使用    孫雁

農(nóng)業(yè)機(jī)械零配件 主力軍表現(xiàn)平庸    本報(bào)記者 張建梅

部分合格農(nóng)業(yè)機(jī)械零配件、飼料粉碎機(jī)產(chǎn)品性狀比較    

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局公布農(nóng)業(yè)機(jī)械零配件抽查結(jié)果    京華

旋耕機(jī)產(chǎn)銷形勢(shì)喜人 新品開發(fā)遲緩添憂    楊正梅

旋耕機(jī)：市場(chǎng)“火熱”有“隱憂”    楊正梅

質(zhì)量警鐘猶在耳 仍有四成不合格    趙天冬

旋耕—碎茬仿生刀片    汲文峰

水田高茬秸稈旋耕埋覆機(jī)理研究    張居敏

雙螺旋變螺距旋耕起壟機(jī)的研究與設(shè)計(jì)    高鳳

基于SPH法的板結(jié)土壤深耕技術(shù)研究    李良晶

基于WEB的社區(qū)智能醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)的研究    劉帥

基于SPH算法的微耕機(jī)旋耕刀有限元仿真與優(yōu)化    朱留憲

基于LS-DYNA的旱地旋耕刀工作機(jī)理研究    劉輝

1GLF-1.8型秸稈翻青機(jī)設(shè)計(jì)與研制    王福杰

基于LabVIEW的船式旋耕埋草機(jī)功耗檢測(cè)研究    王志山

多功能免耕施肥播種機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究    李偉

葡萄園小型開溝機(jī)開溝部件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)    葉強(qiáng)

開溝施肥播種聯(lián)合作業(yè)機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究    龔萬濤