【摘要】：深松旋耕聯(lián)合作業(yè)機(jī)是我國(guó)耕整機(jī)械發(fā)展的重要方向。在華北平原壤土區(qū)秸稈還田地使用的深松旋耕聯(lián)合作業(yè)機(jī)仍存在功耗高、秸稈和雜草纏繞嚴(yán)重、振動(dòng)大等問(wèn)題。為此,本研究從降耗、防纏、減振出發(fā),設(shè)計(jì)深松旋耕和適合深層耕作的旋耕深松兩種作業(yè)次序的聯(lián)合作業(yè)機(jī)。主要研究成果如下:(1)通過(guò)分析華北平原壤土區(qū)土壤物理性質(zhì),確定土壤間、土壤和耕作部件的接觸模型以及仿真參數(shù),應(yīng)用離散元EDEM軟件,建立耕作層、犁底層和心土層的三層離散元土壤模型。采用仿真與田間試驗(yàn)結(jié)合,對(duì)比分析華北平原常見(jiàn)的深松旋耕和旋耕深松兩種作業(yè)次序聯(lián)合作業(yè)機(jī)工作過(guò)程及功耗得出,旋耕深松作業(yè)次序旋耕刀輥受力均勻、振動(dòng)較小;深松旋耕作業(yè)次序深松鏟易纏繞秸稈、雜草。旋耕深松作業(yè)次序深松鏟未出現(xiàn)纏繞,旋耕刀輥纏繞秸稈較為均勻;當(dāng)旋耕作業(yè)深度≥15cm、深松作業(yè)深度≥35 cm時(shí)旋耕深松作業(yè)次序功耗較小,作業(yè)質(zhì)量較優(yōu)。(2)明確正、反轉(zhuǎn)旋耕刀作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)深度與功耗的關(guān)系,設(shè)計(jì)深松旋耕作業(yè)次序中旋耕部件采用正轉(zhuǎn)旋耕;旋耕深松作業(yè)次序中旋耕部件采用反轉(zhuǎn)旋耕。使用高速攝像觀測(cè)可將旋耕刀輥纏繞過(guò)程分為刀座掛草、刀軸纏繞秸稈和雜草、形成隔離層。其中秸稈、雜草的纏繞力主要與張緊力、刀軸與纏繞物間的摩擦系數(shù)、纏繞物的長(zhǎng)度以及刀軸直徑等因素有關(guān)。(3)分析深松鏟破土刃破土過(guò)程,建立破土刃功耗與破土刃結(jié)構(gòu)參數(shù)和土壤物理特性的數(shù)學(xué)模型�；诟鲗�、犁底層和心土層3層土層的土壤物理性質(zhì),設(shè)計(jì)折線破土刃深松鏟上、中、下破土刃高度分別為200、150、60mm;上、中、下破土刃切削刃角分別為40°、45°、42°,破土刃厚度為25mm。并通過(guò)離散元仿真和田間試驗(yàn)驗(yàn)證了折線破土刃能夠有效降低深松鏟作業(yè)阻力,減少秸稈、雜草纏繞。(4)設(shè)計(jì)深松、旋耕作業(yè)次序可調(diào)節(jié)的聯(lián)合作業(yè)機(jī),其中深松旋耕聯(lián)合作業(yè)次序深松鏟采用折線破土刃深松鏟。減振防纏旋耕部件由深松鏟作業(yè)后的耕層特點(diǎn),設(shè)計(jì)V形深松區(qū)對(duì)應(yīng)的旋耕刀盤(pán)安裝IT225短刀與2把組合防纏刀;未耕區(qū)對(duì)應(yīng)的旋耕刀片安裝IIT245長(zhǎng)刀與1把組合防纏刀;短刀與長(zhǎng)刀采用不同的螺旋線排列。組合防纏刀由圓周方向和軸向方向防纏刀構(gòu)成,刃口采用指數(shù)曲線,厚度取5mm、刃角為30°。旋耕深松聯(lián)合作業(yè)次序中,基于潛土反轉(zhuǎn)旋耕設(shè)計(jì)反轉(zhuǎn)旋耕防纏刀輥和深松部件,深松鏟翼鏟長(zhǎng)度為150mm、工作寬度為380mm;反轉(zhuǎn)旋耕刀輥采用雙頭螺旋線排列,使用安裝圓周防纏刀的旋耕刀座,防纏刀刃口采用指數(shù)曲線,厚度取10mm、刃角取60°,刃口厚度為0.5mm。(5)田間試驗(yàn)表明優(yōu)化后深松旋耕、旋耕深松作業(yè)次序的聯(lián)合作業(yè)機(jī),比優(yōu)化前振動(dòng)加速度分別降低29.62%和35.83%、作業(yè)功耗分別降低14.21%和15%,同時(shí)聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)時(shí)的防纏效果明顯。聯(lián)合作業(yè)機(jī)作業(yè)后的地表平整度、土壤膨松度、植被覆蓋率、碎土率及耕深相關(guān)測(cè)量量均滿足國(guó)標(biāo)要求。經(jīng)對(duì)玉米產(chǎn)量分析得出,深松旋耕聯(lián)合作業(yè)次序處理、旋耕深松聯(lián)合作業(yè)次序處理玉米產(chǎn)量高于單一深松、旋耕和對(duì)照處理。
【圖文】：

邐年份逡逑圖１－１邋２０１１？２０１６年旋耕機(jī)、深松機(jī)擁有量變化圖邐圖丨－２邋２０１１￣２０１６年拖拉機(jī)擁有量變化圖逡逑隨著我國(guó)大中型拖拉機(jī)的逐年增加、小型拖拉機(jī)數(shù)量逐年減少（圖１－２所示）｜｜４１，大型多功逡逑能聯(lián)合作業(yè)機(jī)成為耕整地機(jī)械發(fā)展的重要方向。并出臺(tái)一系列相關(guān)政策，如《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和逡逑技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（２００６？２０２０年）》明確把“多功能農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施”列為農(nóng)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域優(yōu)先主逡逑題，，并且在其他領(lǐng)域中也明確提出相應(yīng)的涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械的重點(diǎn)內(nèi)容。同時(shí)在制定并發(fā)布的《國(guó)務(wù)逡逑院關(guān)于加快振興裝備制造業(yè)的若干意見(jiàn)》中把發(fā)展新型大馬力農(nóng)業(yè)裝備等列為１６項(xiàng)需要重點(diǎn)突逡逑破的主要任務(wù)之一�！度珖�(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃》主要任務(wù)中提出加快復(fù)式作業(yè)機(jī)逡逑１逡逑

翼鏟式深松機(jī)兩種。全方位深松技術(shù)利用全方位深松鏟從土壤中切出梯形截面土垡并鋪放回田逡逑中，創(chuàng)造出適于作物生長(zhǎng)的“上虛下實(shí)及緊層下部有鼠道’’的土壤構(gòu)造｜２１１，可實(shí)現(xiàn)全面深松。根據(jù)逡逑深松鏟形狀可將全方位深松機(jī)分為Ｖ形鏟式深松機(jī)和側(cè)彎式深松機(jī)，作業(yè)原理如圖１－４所示。逡逑（ａ）邋Ｖ形鏟式賺邐（ｂ）側(cè)彎式深松逡逑圖１－３鑿式深松原理圖邐圖１－４全方位深松原理圖逡逑普通鑿型深松機(jī)松土系數(shù)儀為０．２￣０．３｜２２］，工作幅寬較小，適用于間隔深松；并且在稍深的逡逑土層處，鏟柄與鏟尖對(duì)兩側(cè)土壤產(chǎn)生強(qiáng)烈的擠壓，增加土壤的壓實(shí)，不利于土壤疏松；且深松后逡逑鏟柄會(huì)在土層中留下垂直縫隙，造成水分蒸發(fā)，尤其不利于干旱地區(qū)保墑［２３１。在普通鑿型深松機(jī)逡逑鏟柄兩側(cè)增加翼鏟形成翼鏟式深松機(jī)。Ｖ形鏟刀是Ｖ形鏟式全方位深松機(jī)的主要工作部件，由底逡逑刀和兩個(gè)左右對(duì)稱的側(cè)刀等構(gòu)成。作業(yè)時(shí)，Ｖ形鏟刀的底刀和兩側(cè)刀切出梯形截面的土垡條。側(cè)逡逑彎式深松機(jī)是全方位深松機(jī)和鑿式深松機(jī)的結(jié)合，與全Ｖ形鏟式全方位深松機(jī)碎土原理相似，其逡逑主要結(jié)構(gòu)Ｌ形側(cè)彎鏟柄分為垂直部分和傾余４部分，鏟尖安裝在傾斜部分的下端。部分典型的深松逡逑機(jī)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：S222

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2606370