【摘要】：推行以秸稈覆蓋還田和免耕、少耕種植為核心的保護(hù)性耕作技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新技術(shù)的發(fā)展趨勢,是加強(qiáng)東北黑土地保護(hù)、推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要措施。然而,地表過量的秸稈殘留嚴(yán)重影響整地和播種作業(yè),不利于作物生長,致使相關(guān)裝備工作效率低,難以保證作業(yè)質(zhì)量。條帶耕作通過在秸稈覆蓋地表創(chuàng)建清潔的苗床,將秸稈殘留移至兩個(gè)條帶之間用以保護(hù)土壤,是有效解決秸稈覆蓋難題的新型保護(hù)性耕作技術(shù)。條帶耕作繼承了傳統(tǒng)耕作地溫提升較快的優(yōu)點(diǎn),及免耕模式保護(hù)土壤、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),具備了傳統(tǒng)耕作的安全性和免耕種植的綠色可持續(xù)性農(nóng)業(yè)優(yōu)勢。條帶耕整地作業(yè)是條帶耕作模式的基礎(chǔ)環(huán)節(jié),需要配套相關(guān)作業(yè)機(jī)具用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)耕作設(shè)備。然而,目前我國對(duì)條帶耕作技術(shù)的研究較少,且缺少適合的條帶耕整地作業(yè)機(jī)具。本文以條帶耕作技術(shù)為依據(jù),結(jié)合東北黑土區(qū)實(shí)際生產(chǎn)條件,采用機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制技術(shù)等手段,開展行間清秸耕整關(guān)鍵技術(shù)及條帶耕整機(jī)研究,力圖解決國內(nèi)條帶耕作技術(shù)缺少配套耕整地作業(yè)機(jī)具的難題。該文通過理論分析、計(jì)算機(jī)仿真分析和試驗(yàn)研究等方法和手段,研究關(guān)鍵部件作業(yè)質(zhì)量影響規(guī)律,開展圓盤犁刀配置優(yōu)化、自動(dòng)控制條帶清秸裝置設(shè)計(jì)和耕深穩(wěn)定性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)研究,最終進(jìn)行行間清秸耕整關(guān)鍵技術(shù)集成及自動(dòng)控制條帶耕整機(jī)試制。本文為保護(hù)性耕作技術(shù)的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供了有效的裝備技術(shù)支撐,具有重要的實(shí)際意義。本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:(1)圓盤犁刀運(yùn)動(dòng)分析及其對(duì)作業(yè)質(zhì)量的影響研究探究了圓盤犁刀滾切機(jī)理,建立了犁刀滾切過程動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,分析了影響圓盤犁刀作業(yè)阻力的因素及其規(guī)律和滑移滾動(dòng)條件下對(duì)犁刀切割性能的影響規(guī)律。為完成圓盤犁刀配置優(yōu)化,設(shè)計(jì)搭建了田間犁刀作業(yè)性能動(dòng)態(tài)測試試驗(yàn)臺(tái),以圓盤犁刀類型、有無秸稈覆蓋和工作速度為試驗(yàn)因素進(jìn)行了全因子試驗(yàn),測定溝槽輪廓、秸稈擾動(dòng)率、犁刀工作阻力和滑移率。試驗(yàn)結(jié)果表明:犁刀類型和前進(jìn)速度顯著影響所有考核指標(biāo),秸稈殘留顯著影響工作阻力和滑移率;平面犁刀具有最小的溝槽輪廓、殘留物擾動(dòng)變化率、切割阻力和最大的滑移率;在被測的波紋犁刀中,隨波紋數(shù)量的增加切割阻力、犁溝寬度、溝槽面積逐漸降低,滑移率和殘留物擾動(dòng)率逐漸升高。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,綜合考慮被動(dòng)式條帶耕整機(jī)作業(yè)條件及技術(shù)要求,配置優(yōu)化了條帶耕整機(jī)的圓盤犁刀,優(yōu)選18W波紋犁刀用于切斷作業(yè)行內(nèi)秸稈殘留物,優(yōu)選13W波紋圓盤犁刀用于進(jìn)行松碎土壤作業(yè)。(2)自動(dòng)控制條帶清秸裝置設(shè)計(jì)及其對(duì)清秸質(zhì)量影響研究結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一種幅寬自動(dòng)控制條帶清秸裝置,分析了該裝置總體結(jié)構(gòu)和工作原理。為設(shè)計(jì)星齒凹盤式條帶清秸裝置,對(duì)秸稈在清秸盤表面的運(yùn)動(dòng)過程和作業(yè)幅寬構(gòu)造進(jìn)行理論分析,探究影響清秸裝置清秸質(zhì)量的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)及其取值范圍,運(yùn)用離散元軟件EDEM進(jìn)行清秸性能虛擬試驗(yàn)研究,考察各因素對(duì)清秸質(zhì)量的影響規(guī)律,并獲得最優(yōu)參數(shù)組合方案。虛擬仿真試驗(yàn)結(jié)果表明:最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù):清秸盤回轉(zhuǎn)半徑為152.5 mm、曲率半徑為160 mm、圓盤曲面投影長度為50.9 mm,最優(yōu)工作參數(shù):清秸盤間距為90 mm、安裝偏角為30°、安裝傾角15°�；谛驱X凹盤式條帶清秸裝置,運(yùn)用S型拉壓力傳感器和電動(dòng)直線推桿協(xié)同作用,設(shè)計(jì)了幅寬自動(dòng)控制系統(tǒng),進(jìn)行了田間作業(yè)幅寬-工作阻力標(biāo)定試驗(yàn),建立了二者間的回歸數(shù)學(xué)模型。田間試驗(yàn)結(jié)果表明,幅寬自動(dòng)控制條帶清秸裝置的條帶清秸率為92.3%、秸稈橫向拋擲距離為40.2 mm,幅寬自動(dòng)控制系統(tǒng)使苗幅寬穩(wěn)定性提高9.8%,清理的條帶滿足玉米種植作業(yè)的農(nóng)藝和技術(shù)要求。(3)耕深穩(wěn)定性控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及單體力學(xué)模型建立結(jié)合理論分析和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),確定了整機(jī)為平行四連桿結(jié)構(gòu)和單鉸接結(jié)構(gòu)協(xié)同作用的條帶耕整單體仿形方案,設(shè)計(jì)了平行四連桿結(jié)構(gòu)單體仿形機(jī)構(gòu)、單鉸接結(jié)構(gòu)仿形松土裝置和單鉸接結(jié)構(gòu)仿形V型碎土裝置,并確定了各仿形機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)參數(shù);運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù),以空氣彈簧作為平行四連桿仿形機(jī)構(gòu)的下壓力加載部件,設(shè)計(jì)了耕深穩(wěn)定性氣動(dòng)控制系統(tǒng),通過實(shí)時(shí)維持空氣彈簧內(nèi)氣壓,為條帶耕整單體提供穩(wěn)定的下壓力,提高機(jī)具耕深穩(wěn)定性;建立了由空氣彈簧施加下壓力的條帶耕整單體的力學(xué)模型,分析得知?dú)鈩?dòng)監(jiān)控系統(tǒng)利于實(shí)現(xiàn)機(jī)具輕量化配置、提高機(jī)具的耕深適用性。(4)行間清秸耕整關(guān)鍵技術(shù)集成及自動(dòng)控制條帶耕整機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)綜合應(yīng)用前期行間清秸耕整關(guān)鍵技術(shù)研究成果,集成研制了適用于東北玉米主產(chǎn)區(qū)的條帶耕整機(jī),完成了樣機(jī)的試制。田間應(yīng)用作業(yè)性能和適用性試驗(yàn)結(jié)果表明:所研制的條帶耕整機(jī)通過切秸-清秸-松土-碎土的順次作業(yè)工序,完成在秸稈覆蓋地的條帶清秸和耕整作業(yè),氣動(dòng)耕深控制系統(tǒng)和幅寬自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠提高機(jī)具作業(yè)穩(wěn)定性,作業(yè)后形成優(yōu)質(zhì)的種植條帶,滿足玉米種植農(nóng)藝和技術(shù)要求。該機(jī)的作業(yè)速度適用范圍為6~12 km/h,耕深適用范圍為6~12 cm,幅寬適用范圍為18~24 cm,研究結(jié)果為機(jī)具的后續(xù)優(yōu)化改進(jìn)提供數(shù)據(jù)參考。
【圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文的條帶進(jìn)行播種作業(yè)，將秸稈殘留移至兩個(gè)條帶之間用資源保護(hù)總局的定義，其定義包括以下要求：①苗床準(zhǔn)備完成；②苗床區(qū)域之間不干擾作物殘茬和土壤固結(jié)；③作[78]。目前，在美國農(nóng)業(yè)部土壤保護(hù)局對(duì)保護(hù)性耕作發(fā)展面是獨(dú)立設(shè)置的一個(gè)分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)[79]。美國農(nóng)業(yè)工程師協(xié)會(huì)的一種新形式，已成為美國春秋季保護(hù)性耕作的一種主

圖 1.4 1GH-3 型行間耕整機(jī)動(dòng)式條帶耕整機(jī)式條帶耕整機(jī)為復(fù)合式作業(yè)機(jī)具，，通過合理搭配、組裝不同作業(yè)整機(jī)，通常一次作業(yè)即可完成條帶耕整任務(wù)。被動(dòng)式條帶耕整機(jī)為單體結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)兩類。單體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的條帶耕整機(jī)將所有工作部件集成在單獨(dú)的行單元上，行單裝在機(jī)架上，各行單元獨(dú)立作業(yè)。5 為美國 AGCO 公司生產(chǎn)的 Sunflower7610 / 7630 型條帶耕整機(jī)[秸-松土-碎土的作業(yè)工序，各工作部件均通過螺栓固接在單體機(jī)據(jù)耕作要求調(diào)整各工作部件的相對(duì)安裝位置。該機(jī)的切茬刀具刀，松土刀具為對(duì)置的 8 波紋犁刀，清秸裝置為尖齒輪式。美國eneration-3[99]、美國 Schlagel Rapid-Till[100]、美國 Twin Diamond 亞 Boss Engineering Strip Till Machines[102]與其結(jié)構(gòu)相似，如圖 1.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S222

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本文編號(hào)：2701464