機(jī)械深松能夠有效的改善農(nóng)田土壤的耕層結(jié)構(gòu),為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)。本文針對(duì)深松耕土壤擾動(dòng)機(jī)理不明的問(wèn)題,綜合利用高速攝影技術(shù)、土槽試驗(yàn)、離散元仿真等方法,研究了深松部件與土壤的互作用機(jī)理,探明了深松機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)土壤擾動(dòng)行為的影響,為深入理解深松耕土壤的擾動(dòng)機(jī)理,優(yōu)化深松機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、提高深松作業(yè)質(zhì)量提供依據(jù)。1、土壤參數(shù)測(cè)定與邊界模型構(gòu)建。為建立準(zhǔn)確的離散元仿真模型,測(cè)定了試驗(yàn)用土(塿土)的質(zhì)地、含水率等物理特性參數(shù),并構(gòu)建了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)深松鏟及土壤顆粒的邊界模型。2、基于離散元方法的深松土壤擾動(dòng)機(jī)理研究。以箭形深松鏟為對(duì)象,在分析深松鏟-土壤系統(tǒng)互作用過(guò)程的基礎(chǔ)上,應(yīng)用高速攝影技術(shù)、離散元方法,結(jié)合土槽試驗(yàn)分析了深松土壤的擾動(dòng)機(jī)理。結(jié)果表明:1)土壤的擾動(dòng)范圍隨其與深松鏟之間距離的增大而減小,不同位置土壤的擾動(dòng)范圍由大到小為淺層、中層、深層;2)土壤的運(yùn)動(dòng)速度隨其與深松鏟之間距離的增大而減小,不同深度土壤顆粒的運(yùn)動(dòng)速度在x、y、z方向上存在較大差異;3)仿真與試驗(yàn)獲取的土壤擾動(dòng)截面輪廓形狀基本吻合,土壤蓬松度、土壤擾動(dòng)系數(shù)、地表土壤縱向堆積角度仿真值與試驗(yàn)值的誤差分別為13.21%、17.38%、9.42%。3、基于離散元方法的深松鏟間土壤運(yùn)動(dòng)行為分析。在分析雙鏟協(xié)同作用對(duì)土壤擾動(dòng)過(guò)程影響的基礎(chǔ)上,應(yīng)用土槽試驗(yàn)與離散元方法,研究了深松鏟間土壤的擾動(dòng)行為。結(jié)果表明:1)土壤的橫向、縱向擾動(dòng)范圍隨土壤與深松鏟之間距離的增大而減小;2)不同位置土壤顆粒的受力及運(yùn)動(dòng)速度隨其與深松鏟之間距離的增大而減小;3)仿真與試驗(yàn)獲取的土壤擾動(dòng)截面輪廓形狀基本吻合,土壤蓬松度、土壤擾動(dòng)系數(shù)仿真值與試驗(yàn)值的誤差分別為14.45%與12.06%。4、深松機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)土壤擾動(dòng)行為的影響。研究了鏟形、入土角、鏟距對(duì)土壤擾動(dòng)行為的影響。結(jié)果表明:1)當(dāng)鏟形分別為箭形、鑿形、翼形時(shí),土壤顆粒受到的平均作用力及擾動(dòng)寬度由大到小為翼形、箭形、鑿形,平均運(yùn)動(dòng)速度由大到小為箭形、鑿形、翼形的規(guī)律;2)當(dāng)入土角分別為18°、23°、28°時(shí),土壤顆粒受到的平均作用力差異較小,平均運(yùn)動(dòng)速度與擾動(dòng)寬度隨入土角的增大而增加;3)當(dāng)鏟距分別為300、400、500 mm時(shí),土壤顆粒受到的平均作用力隨鏟距增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì),平均運(yùn)動(dòng)速度隨鏟距的變化差異較大,擾動(dòng)寬度隨鏟距的增大而增加,土壤在地表的堆積高度隨鏟距的增大而減小。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：S222
【部分圖文】：

在試驗(yàn)田內(nèi)選 5 點(diǎn)進(jìn)行取樣，使用 TE-3 型堅(jiān)實(shí)度測(cè)量計(jì)（南京土壤儀器廠有限公司）對(duì)試驗(yàn)田 0-30 cm 土層的堅(jiān)實(shí)度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程如圖 2-1 所示。0-30 cm 土層土壤堅(jiān)實(shí)度平均值的變化曲線如圖 2-2 所示。測(cè)量結(jié)果表明：該試驗(yàn)田耕層厚度約為 12cm，0-12 cm 土層土壤硬度小于 10 kg/cm2，平均值為 7.82 kg/cm2；12-30 cm 土層土壤堅(jiān)實(shí)度介于 14-34 kg/cm2，平均值為 25.07 kg/cm2。

在試驗(yàn)田內(nèi)選 5 點(diǎn)進(jìn)行取樣，使用 TE-3 型堅(jiān)實(shí)度測(cè)量計(jì)（南京土壤儀器廠有限公司）對(duì)試驗(yàn)田 0-30 cm 土層的堅(jiān)實(shí)度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程如圖 2-1 所示。0-30 cm 土層土壤堅(jiān)實(shí)度平均值的變化曲線如圖 2-2 所示。測(cè)量結(jié)果表明：該試驗(yàn)田耕層厚度約為 12cm，0-12 cm 土層土壤硬度小于 10 kg/cm2，平均值為 7.82 kg/cm2；12-30 cm 土層土壤堅(jiān)實(shí)度介于 14-34 kg/cm2，平均值為 25.07 kg/cm2。

實(shí)度測(cè)量ess measurement圖 2-2 土壤堅(jiān)實(shí)度變Fig. 2-2 Curve of soil h數(shù)的測(cè)定剪試驗(yàn)測(cè)試土壤的力學(xué)參數(shù)，主要獲取土壤的抗器及方法變控制式直剪儀（如圖 2-3 所示）、位儀表（量（量程 500 g，分度值 0.1 g），環(huán)刀（60 cm3）。
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