【摘要】：近年來,隨著有機(jī)水稻種植面積逐年增大,在普通插秧的基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一種新型種植模式—水稻鋪膜插秧技術(shù)。水稻鋪膜插秧技術(shù)是稻作栽培的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù),其特征是將可降解地膜(紙膜或生物質(zhì)膜等)鋪于水田表面,將膜戳孔并插入育好的秧苗。相比于傳統(tǒng)的有機(jī)水稻種植方式,水稻地膜鋪蓋插秧栽培技術(shù)可以減少水分蒸發(fā)、抑制雜草生長(zhǎng)、增加土壤肥力與提高作業(yè)效率,通過地膜鋪蓋可在水田創(chuàng)造一個(gè)利于水稻秧苗前期生長(zhǎng),且能抑制雜草生長(zhǎng)的環(huán)境。在鋪膜插秧的種植過程中,大部分的田間雜草會(huì)因?yàn)榈啬さ匿伾w而無法萌發(fā),但水稻行之間由于未鋪有地膜而雜草滋生,嚴(yán)重影響有機(jī)水稻的生長(zhǎng)。目前,人工除草依然是有機(jī)水稻除草作業(yè)的主要方式,其存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低及成本高等問題,已然不適合現(xiàn)階段有機(jī)水稻除草作業(yè)的需求。機(jī)械除草可以在很大程度上提高除草作業(yè)效率,降低有機(jī)水稻種植成本。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外的除草機(jī)械主要針對(duì)等行距的農(nóng)藝要求進(jìn)行設(shè)計(jì),并且除草部件大多采用主動(dòng)或隨動(dòng)耙齒形式,結(jié)構(gòu)單一且除草效率相對(duì)較低。為解決鋪膜插秧水田膜間除草困難的問題,提高除草機(jī)的作業(yè)效率,結(jié)合理論分析、計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和試驗(yàn)等方法設(shè)計(jì)了一款適用于鋪膜插秧的膜間除草的單行除草機(jī),并通過試驗(yàn)驗(yàn)證其工作性能。研究的主要內(nèi)容如下:(1)根據(jù)膜間除草的農(nóng)藝要求,針對(duì)鋪膜插秧種植地塊的基本情況,確定除草機(jī)的形式為輕便式單行除草機(jī)。結(jié)合不同的除草方式,確定除草部件為除草刀盤與行走輪復(fù)合式結(jié)構(gòu);分析除草部件的除草原理,對(duì)除草刀盤的寬度、除草刀盤彈齒個(gè)數(shù)和除草刀盤彈齒彎折角度進(jìn)行了理論分析。運(yùn)用三維建模軟件Pro/E對(duì)除草部件進(jìn)行實(shí)體建模,并應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)除草部件進(jìn)行有限元分析,為單行除草機(jī)整機(jī)的研制與開發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。(2)對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),確定整機(jī)機(jī)械傳動(dòng)方案。采用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù),運(yùn)用基于特征建模的Pro/E軟件對(duì)整機(jī)進(jìn)行實(shí)體三維建模。選用最大輸出功率為2.2 kW的單缸雙沖程風(fēng)冷混合油發(fā)動(dòng)機(jī),主變速箱選用傳動(dòng)比為1:30的蝸輪蝸桿減速器,整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理,適用于膜間除草作業(yè)。(3)對(duì)整機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)研究,建立關(guān)鍵部件運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件ADAMS對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析;對(duì)除草機(jī)勻速作業(yè)狀態(tài)下進(jìn)行靜力學(xué)研究,建立除草部件、機(jī)架及仿形浮漂三個(gè)關(guān)鍵部件力學(xué)方程,進(jìn)而建立整機(jī)的力學(xué)模型,推導(dǎo)出整機(jī)所需最大理論驅(qū)動(dòng)扭矩值。(4)對(duì)整機(jī)進(jìn)行了田間除草試驗(yàn)。選取除草率為試驗(yàn)指標(biāo),機(jī)器前進(jìn)速度和除草深度為試驗(yàn)因素分別進(jìn)行田間單因素及多因素試驗(yàn)。利用數(shù)據(jù)處理軟件Design-expert8.0.6處理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),確定各因素對(duì)除草率的影響次序,尋求滿足膜間除草的最優(yōu)參數(shù)組合。由田間試驗(yàn)可知,設(shè)計(jì)的水田單行除草機(jī)結(jié)構(gòu)合理、操作便利、性能可靠、輕便低耗、除草效果良好,除草率在75%以上。當(dāng)機(jī)器前進(jìn)速度為0.37 m/s和除草深度為101 mm時(shí),除草率達(dá)到最大值,除草率為79.97%,滿足鋪膜插秧種植水田除草的農(nóng)藝要求。
【圖文】：

次利用率不高。人工鋪蓋地膜及回收殘膜，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)效率低，，嚴(yán)重阻礙了鋪膜種植技的發(fā)展。為了解決人工鋪膜成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大和鋪膜質(zhì)量參差不齊等情況，國(guó)內(nèi)外一直都致力于鋪種植機(jī)械化的研究。國(guó)外對(duì)于鋪膜種植機(jī)械的研究起始于上世紀(jì)初，其中日本最先開始出現(xiàn)對(duì)膜種植機(jī)械的研究。經(jīng)過不斷地研究技術(shù)革新，日本在水稻鋪膜方面已經(jīng)從直播轉(zhuǎn)變到移栽。在 2000 年，自走式水稻旱直播覆膜機(jī)已被日本農(nóng)業(yè)科技研究人員龜井正弘和美問邦彥研制與驗(yàn)[19]，如圖 1-1 所示。

圖 1-2 乘坐式水田直播鋪膜機(jī)Fig. 1-2 Film mulchingdevice of riding paddy planter圖 1-3MKP610 型水田秸稈纖維鋪設(shè)插秧機(jī)Fig. 1-3 MKP610 type paper-mulching device國(guó)內(nèi)對(duì)鋪膜插秧機(jī)的研究處于初級(jí)階段，可查閱的資料較少。目前國(guó)內(nèi)針對(duì)鋪膜插秧的研究東北地區(qū)為主，其中黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院于雷[21,22]等根據(jù)鋪膜的技術(shù)要求，研究計(jì)了一款水稻覆膜高速插秧機(jī)，如圖 1-4 所示。圖 1-4 水稻覆膜高速插秧機(jī)
【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】：2018
【分類號(hào)】：S224.15

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