【摘要】：近年,由于秸稈焚燒引發(fā)的霧霾等一系列環(huán)保問(wèn)題,使秸稈資源合理利用得到國(guó)家和社會(huì)的極大重視。東北地區(qū)幅員遼闊,高收集成本限制了秸稈的多元化利用,秸稈機(jī)械化還田培肥地力成為秸稈利用的首選,綜合分析各類機(jī)械化還田方式,秸稈深埋還田為一種耕深適宜且不影響后續(xù)插秧作業(yè)、可避免稻稈漂浮等問(wèn)題的有效還田方式之一。本文針對(duì)目前反旋耕秸稈還田存在功耗較大和壅土等問(wèn)題,在查閱大量相關(guān)文獻(xiàn),分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)稻稈深埋還田裝置關(guān)鍵部件刀輥總成進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在滿足稻稈深埋還田農(nóng)藝要求前提下,實(shí)現(xiàn)高效降耗,節(jié)本增收的目的。通過(guò)理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬分析、臺(tái)架試驗(yàn)和田間試驗(yàn)等方法與手段開(kāi)展研究工作,主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)稻稈深埋還田刀輥總成優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)稻稈深埋還田刀輥總成進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),依據(jù)稻稈深埋還田裝置整體結(jié)構(gòu)及工作原理,設(shè)計(jì)還田刀刃口曲線為多段曲線結(jié)合形式,通過(guò)解析還田刀與土壤之間受力作用機(jī)理,構(gòu)建還田刀功耗的數(shù)學(xué)理論模型,得到影響還田刀功耗的主要幾何因素為刀寬、彎折線角度和彎折角度,為還田刀優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。通過(guò)理論分析設(shè)計(jì)刀輥直徑為240mm,解決秸稈纏繞難題,設(shè)計(jì)還田刀排列方式為螺旋線排列,降低機(jī)具振動(dòng)和力不平衡。(2)還田刀數(shù)值模擬分析與試驗(yàn)為探究還田刀幾何形狀對(duì)功耗和拋土性能的影響,解析稻稈-土壤-機(jī)具耦合作用機(jī)理,探究多因素多目標(biāo)之間的變化規(guī)律,獲得低壅土與減功耗的最優(yōu)參數(shù),進(jìn)行虛擬仿真試驗(yàn),選取刀寬、彎折線角度和彎折角度為試驗(yàn)因素,前拋土壤顆粒數(shù)量、后拋土壤顆粒數(shù)量和功耗為評(píng)價(jià)指標(biāo)開(kāi)展優(yōu)化試驗(yàn),運(yùn)用Design-Expert8.0.6軟件對(duì)還田刀拋土性能和功耗進(jìn)行優(yōu)化,得到還田刀最佳幾何參數(shù)組合。結(jié)果表明,當(dāng)?shù)秾?9mm,彎折線角度56°和彎折角度81°時(shí)還田刀性能最優(yōu),土壤前拋粒子數(shù)目2862粒,土壤后拋粒子數(shù)目2037粒,刀輥扭矩1.803N·m,優(yōu)化后刀輥扭矩降低18.33%,驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。(3)刀輥滾筒振動(dòng)模態(tài)測(cè)試以稻稈深埋還田刀輥滾筒為研究對(duì)象,進(jìn)行有限元模態(tài)仿真分析,得到刀輥滾筒各階振動(dòng)頻率和振型,搭建振動(dòng)模態(tài)測(cè)試試驗(yàn)臺(tái),通過(guò)力錘錘擊測(cè)試得到刀輥滾筒各階實(shí)際振動(dòng)頻率與振型,并與有限元虛擬仿真結(jié)果對(duì)比,誤差范圍為:3.02%～11.58%,驗(yàn)證了各階模態(tài)測(cè)試的準(zhǔn)確性。外部各激振頻率均低于自身各階頻率,不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象,刀輥滾筒設(shè)計(jì)合理。(4)刀輥功耗測(cè)試臺(tái)架試驗(yàn)運(yùn)用傳感技術(shù)構(gòu)建扭矩測(cè)試系統(tǒng),搭建刀輥功耗測(cè)試試驗(yàn)臺(tái),對(duì)刀輥扭矩進(jìn)行測(cè)試,刀輥扭矩由優(yōu)化前的708.4N·m下降到592N·m,扭矩降低了16.43%,與仿真試驗(yàn)結(jié)果基本一致,驗(yàn)證理論分析準(zhǔn)確性與優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性,為田間試驗(yàn)提供參考。(5)田間性能試驗(yàn)對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的稻稈深埋還田刀輥總成進(jìn)行集成裝配并進(jìn)行田間試驗(yàn),以秸稈還田率、壅土量、地表平整度、碎土率、功耗為指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試,對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,優(yōu)化后機(jī)具前方壅土明顯減少,秸稈還田率和耕深穩(wěn)定性無(wú)明顯差異,機(jī)具功耗降低了20.76%,檢驗(yàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性,驗(yàn)證了仿真試驗(yàn)與臺(tái)架試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S224.29
【圖文】：

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文律，通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)比分析，得到刀具受力隨著刀輥轉(zhuǎn)速和土壤含水率的增加而增大具所受應(yīng)力隨前進(jìn)速度增加而減少的關(guān)系。2.2 國(guó)內(nèi)秸稈還田機(jī)具研究現(xiàn)狀與歐美國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)秸稈還田技術(shù)的研究起步較晚，在二十世紀(jì)九十年代才開(kāi)引進(jìn)吸收再創(chuàng)新的方法進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)三十余年的努力，已經(jīng)研發(fā)出多種不同形式的田機(jī)具。河北開(kāi)元刀神 1GKF 系列反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)，如圖 1-1 所示，該機(jī)具利用刀軸旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)對(duì)耕地進(jìn)行碎土作業(yè)，旋耕刀反轉(zhuǎn)作業(yè)，埋茬效果好；采用通用刀軸無(wú)溝痕；機(jī)具后方配有鎮(zhèn)壓輥，在限制耕深的同時(shí)平整地表，一次完成秸稈埋茬、旋土作業(yè)。但作業(yè)時(shí)存在刀輥纏草現(xiàn)象，致使摩擦阻力增大，功耗增大，埋草性能降低。江蘇沃得公司生產(chǎn)的 1JH 系列稻稈粉碎還田機(jī)，如圖 1-2 所示，工作寬幅 1.6~2.2m動(dòng)力 44.1~88.2kW，刀軸轉(zhuǎn)速 2100r/min；其采用特制鋸齒形定刀，對(duì)直立或者鋪放在玉米、高粱、麥稻類軟稈及雜草有良好的粉碎效果；工作效率較高，粉碎還田效果較作業(yè)深度較淺，秸稈還田率低，影響后續(xù)插秧工作。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文律，通過(guò)仿真試驗(yàn)對(duì)比分析，得到刀具受力隨著刀輥轉(zhuǎn)速和土壤含水率的增加而增大具所受應(yīng)力隨前進(jìn)速度增加而減少的關(guān)系。2.2 國(guó)內(nèi)秸稈還田機(jī)具研究現(xiàn)狀與歐美國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)秸稈還田技術(shù)的研究起步較晚，在二十世紀(jì)九十年代才開(kāi)引進(jìn)吸收再創(chuàng)新的方法進(jìn)行研究，經(jīng)過(guò)三十余年的努力，已經(jīng)研發(fā)出多種不同形式的田機(jī)具。河北開(kāi)元刀神 1GKF 系列反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)，如圖 1-1 所示，該機(jī)具利用刀軸旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)對(duì)耕地進(jìn)行碎土作業(yè)，旋耕刀反轉(zhuǎn)作業(yè)，埋茬效果好；采用通用刀軸無(wú)溝痕；機(jī)具后方配有鎮(zhèn)壓輥，在限制耕深的同時(shí)平整地表，一次完成秸稈埋茬、旋土作業(yè)。但作業(yè)時(shí)存在刀輥纏草現(xiàn)象，致使摩擦阻力增大，功耗增大，埋草性能降低。江蘇沃得公司生產(chǎn)的 1JH 系列稻稈粉碎還田機(jī)，如圖 1-2 所示，工作寬幅 1.6~2.2m動(dòng)力 44.1~88.2kW，刀軸轉(zhuǎn)速 2100r/min；其采用特制鋸齒形定刀，對(duì)直立或者鋪放在玉米、高粱、麥稻類軟稈及雜草有良好的粉碎效果；工作效率較高，粉碎還田效果較作業(yè)深度較淺，秸稈還田率低，影響后續(xù)插秧工作。

業(yè)無(wú)溝痕；機(jī)具后方配有鎮(zhèn)壓輥，在限制耕深的同時(shí)平整地表，一次完成秸稈埋茬覆土作業(yè)。但作業(yè)時(shí)存在刀輥纏草現(xiàn)象，致使摩擦阻力增大，功耗增大，埋草性能江蘇沃得公司生產(chǎn)的 1JH 系列稻稈粉碎還田機(jī)，如圖 1-2 所示，工作寬幅 1.6~套動(dòng)力 44.1~88.2kW，刀軸轉(zhuǎn)速 2100r/min；其采用特制鋸齒形定刀，對(duì)直立或者鋪的玉米、高粱、麥稻類軟稈及雜草有良好的粉碎效果；工作效率較高，粉碎還田效但作業(yè)深度較淺，秸稈還田率低，影響后續(xù)插秧工作。圖 1-1 1GKF 系列反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)Fig.1-1 1GKF series reverse rotary tiller圖 1-2 沃得 1JH 系列稻稈粉碎還Fig.1-2 1JH series straw returning 河北儀興達(dá)有限公司生產(chǎn)的 400 型旋耕機(jī)，如圖 1-3 所示，采用中間傳動(dòng)方式衡性能較好，可配合不同刀具完成不同作業(yè)，如七字刀實(shí)現(xiàn)稻稈粉碎還田�？蛇x配的鎮(zhèn)壓滾，增加碎土平地效果，但其還田效果較差，還田深度較淺，容易發(fā)生泡田浮的問(wèn)題。

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本文編號(hào)：2765249