【摘要】：地膜覆蓋栽培技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的一項(xiàng)重要管理技術(shù),能夠保溫保墑、改良土壤的理化性質(zhì)、提高土壤的養(yǎng)分含量,在農(nóng)作物的種植生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著巨大的作用。而在我國(guó)西南丘陵山區(qū),現(xiàn)有的覆膜方式為了保證覆膜密閉性,有相當(dāng)部分的地膜被延伸至壟溝中,并覆以一定厚度的泥土,大大增加了后期地膜拾取和回收的難度。為解決上述問(wèn)題,本文針對(duì)我國(guó)西南丘陵山區(qū)煙田起壟后嵌膜作業(yè)的要求,對(duì)輕便式嵌膜機(jī)的開(kāi)溝器進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容有:以目前丘陵山區(qū)起壟覆膜作業(yè)現(xiàn)狀的調(diào)研結(jié)果為導(dǎo)向,秉承農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相結(jié)合的原則,采用臥式旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝方式,在靠近壟體的兩側(cè)壟溝中一次性完成開(kāi)溝、嵌膜和填土作業(yè)。通過(guò)前期在貴州煙區(qū)進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn),提出了嵌膜機(jī)的開(kāi)溝深度為50mm、開(kāi)溝寬度為15 mm等相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù),并對(duì)輕便式嵌膜機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。開(kāi)溝器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng),根據(jù)刀具安裝角度不同,開(kāi)溝器分為了3種形式。在滿足嵌膜作業(yè)農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)上,為了降低開(kāi)溝作業(yè)功耗、提高嵌膜機(jī)的作業(yè)效率,通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算和理論分析建立了土壤粒子在開(kāi)溝器刀具作用下的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型。綜合運(yùn)用ANSYS LS-DYNA和LS-PrePost軟件對(duì)3種開(kāi)溝器刀具切削土壤的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析,通過(guò)綜合比較,確定刀具I型開(kāi)溝器作為嵌膜機(jī)的開(kāi)溝器。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在刀具轉(zhuǎn)速為150 r/min、前進(jìn)速度為1.25km/h、開(kāi)溝深度為50 mm的工況下,刀具I型開(kāi)溝器切削土壤的平均功耗為20.0W。用電機(jī)拖動(dòng)該開(kāi)溝器刀具進(jìn)行土壤切削試驗(yàn),在土壤含水率為21.8%的環(huán)境下,得到刀具切削土壤的平均功耗為20.8 W,與數(shù)值模擬結(jié)果的相對(duì)誤差為4%。選取對(duì)切削土壤功耗影響明顯的刀具轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度和開(kāi)溝深度作為試驗(yàn)因子,設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)。運(yùn)用ANSYS LS-DYNA軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)進(jìn)行虛擬試驗(yàn)研究,建立起刀具切削土壤功耗與刀具轉(zhuǎn)速、前進(jìn)速度和開(kāi)溝深度的回歸方程。運(yùn)用Design-Expert軟件中的Optimum對(duì)得到的回歸方程數(shù)學(xué)模型進(jìn)行優(yōu)化,其結(jié)果表明:當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)速為130 r/min、前進(jìn)速度為1.5 km/h、開(kāi)溝深度為50 mm時(shí),開(kāi)溝器刀具作業(yè)工況最優(yōu),平均功率為22.9 W。運(yùn)用ANSYS LS-DYNA軟件對(duì)優(yōu)化得到的刀具工況參數(shù)進(jìn)行虛擬驗(yàn)證,結(jié)果表明:在刀具轉(zhuǎn)速為130 r/min、前進(jìn)速度為1.5 km/h、開(kāi)溝深度為50 mm的條件下刀具切削土壤的平均功率為23.9 W,與優(yōu)化結(jié)果的相對(duì)誤差分別為4.37%。運(yùn)用開(kāi)溝器功率消耗測(cè)量平臺(tái)對(duì)優(yōu)化后的刀具工況參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明:刀具切削土壤的平均功率為24.6 W,與優(yōu)化結(jié)果的相對(duì)誤差分別為7.35%。
【圖文】：

圖 1-1 初春保溫地膜 圖 1-2 防澇地膜Fig. 1-1 Heat preservation film in early spring Fig. 1-2 Waterproof film（3）改良了土壤的理化性質(zhì)地膜覆蓋后，減少了土壤表面受到風(fēng)吹、雨淋的破壞，避免了因中耕、除草、施肥、澆水等環(huán)節(jié)人工或機(jī)械作業(yè)的碾壓而造成的土壤板結(jié)，與露地條件相比，土壤粒度、孔隙度和三相成分等更優(yōu)，其直接效果是提高土壤的含水率和增強(qiáng)根的呼吸作用。（4）提高了土壤中的養(yǎng)分含量地膜覆蓋一方面減少了雨水沖刷和不合理的灌溉帶來(lái)的土壤中養(yǎng)分流失，另一方面由于地膜為膜下土壤構(gòu)建了適宜的溫度和濕度環(huán)境，土壤中微生物的活動(dòng)更加頻繁，加速了有機(jī)物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化，從而提高了速效性氮、磷、鉀的含量[4,5]。目前的地膜覆蓋種植技術(shù)已經(jīng)廣泛用于蔬菜作物、水果作物、糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物等 50 余種農(nóng)作物的種植生產(chǎn)中[6,7]。截止 2015 年，我國(guó)的地膜覆蓋面積就達(dá)到了 1833 萬(wàn) hm2，占到了世界地膜應(yīng)用總量的 90%；近年來(lái)在全國(guó)范圍內(nèi)應(yīng)用推廣的面積累計(jì)達(dá) 5000 萬(wàn) hm2，約占世界總面積的 61%[8]。

圖 1-1 初春保溫地膜 圖 1-2 防澇地膜Fig. 1-1 Heat preservation film in early spring Fig. 1-2 Waterproof film（3）改良了土壤的理化性質(zhì)地膜覆蓋后，減少了土壤表面受到風(fēng)吹、雨淋的破壞，避免了因中耕、除草、施肥、澆水等環(huán)節(jié)人工或機(jī)械作業(yè)的碾壓而造成的土壤板結(jié)，與露地條件相比，土壤粒度、孔隙度和三相成分等更優(yōu)，，其直接效果是提高土壤的含水率和增強(qiáng)根的呼吸作用。（4）提高了土壤中的養(yǎng)分含量地膜覆蓋一方面減少了雨水沖刷和不合理的灌溉帶來(lái)的土壤中養(yǎng)分流失，另一方面由于地膜為膜下土壤構(gòu)建了適宜的溫度和濕度環(huán)境，土壤中微生物的活動(dòng)更加頻繁，加速了有機(jī)物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化，從而提高了速效性氮、磷、鉀的含量[4,5]。目前的地膜覆蓋種植技術(shù)已經(jīng)廣泛用于蔬菜作物、水果作物、糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物等 50 余種農(nóng)作物的種植生產(chǎn)中[6,7]。截止 2015 年，我國(guó)的地膜覆蓋面積就達(dá)到了 1833 萬(wàn) hm2，占到了世界地膜應(yīng)用總量的 90%；近年來(lái)在全國(guó)范圍內(nèi)應(yīng)用推廣的面積累計(jì)達(dá) 5000 萬(wàn) hm2，約占世界總面積的 61%[8]。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S223.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2667715