隨著傳統(tǒng)耕作模式帶來的土壤有機質含量逐漸降低,免耕耕作的需求日益增加,因此對免耕耕作模式的作業(yè)要求也越來越高。深松技術是免耕耕作模式的主要技術之一,本文針對深松作業(yè)時土壤擾動大、耕作阻力大、深松土塊殘留較大等問題,設計了破茬深松裝置,并分別對深松鏟和破茬碎土刀兩個部件進行對比試驗,驗證其單獨部件優(yōu)良性,在此基礎上對裝置進行優(yōu)化試驗,得到最優(yōu)工作參數(shù)組合。文章在綜合研究國內外免耕研究成果的基礎上,針對東北玉米壟作地區(qū)免耕地存在的問題,采用試驗探究、理論分析及試驗驗證相結合的方法,對破茬深松裝置進行了研究。本文的主要研究如下:(1)設計了擬合曲線型深松鏟。采用離散元軟件模擬深松鏟鏟尖在土壤中的運動,并依據(jù)仿真試驗結果獲得鏟尖上方土壤顆粒運動軌跡的擬合曲線和擬合方程,采用線元設計法對線形優(yōu)化,獲得鏟柄外形曲線;同時設計了鏟柄刃部,確定切削刃角為40°、入土角為21°,并通過鏟柄與鏟尖的互作效應試驗驗證了設計思路的合理性,得到了擬合曲線型深松鏟。(2)設計了破茬碎土刀。結合裝置部件之間互作效應時的運動學分析及深松鏟的田間探究試驗,確定破茬碎土刀刃口曲線與地面夾角為10~70°,破茬碎土刀最小半徑為180 mm,中間半徑為215 mm,最大半徑為235 mm,深松鏟與破茬碎土刀的最小間隙為20 mm,并運用離散元仿真試驗為部件配合設計的合理性提供依據(jù)。(3)通過土槽和田間對比試驗,驗證了擬合曲線型深松鏟的作業(yè)性能。土槽對比試驗結果表明擬合曲線型深松鏟比折線式深松鏟土壤擾動量減少了53.60%,耕作阻力減少了36.23%;比圓弧式深松鏟土壤擾動量減少了66.18%,耕作阻力減少了29.18%。田間對比試驗結果表明,擬合曲線、折線式、圓弧式深松鏟的回土面積分別為7745.4、4278.6、3136.4 mm~2。因此對比試驗說明擬合曲線型深松鏟深松作業(yè)時土壤擾動量較小,符合保護性耕作的要求。(4)通過仿真試驗和田間對比試驗,驗證與擬合曲線型深松鏟互作效應的破茬碎土刀的作業(yè)性能。離散元仿真對比試驗表明,深松鏟—破茬碎土刀互作效應比深松鏟—破茬碎土刀、圓盤刀、缺口破茬刀分離作用時,破茬碎土刀阻力分別減小25.1%、16%、31.5%;深松鏟—破茬碎土刀阻力分別減小了8.3%、4.5%、14.9%;碎土效果分別增加了11.5%、98.5%、157%。田間性能試驗表明,互作效應裝置與參照指標相比,破茬比率提高10.92%、碎土率提高6.04%、耗油量降低31.39%;田間對比試驗表明,互作效應的破茬碎土刀比分離作用的破茬碎土刀、圓盤刀、缺口破茬刀,在相同工況下,平均破茬比率分別增加了3.53%、19.38%、8.86%;在不同工況下,比分離作用的圓盤刀,平均載重每降低20 kg,破茬比率提高13.8%,耗油量減小7%,平均載重每降低40 kg,破茬比率提高5.82%,耗油量減小21.82%,比分離作用的缺口破茬刀,平均載重每降低20 kg,破茬比率提高4.5%,耗油量減小了12.79%。(5)通過仿真試驗和田間試驗對整個裝置的工作參數(shù)進行優(yōu)化。仿真試驗結果表明,影響裝置功耗的主次因素為作業(yè)速度、深松深度、裝置載重、破茬碎土刀與深松鏟的距離;影響作業(yè)前后根茬壓縮力減少量因素的主次順序為裝置載重、深松深度、作業(yè)速度、破茬碎土刀與深松鏟的距離;當裝置載重106.75 kg、作業(yè)速度0.43 m/s、深松深度266.45 mm、破茬碎土刀與深松鏟的距離為332.12 mm時,裝置功耗為0.6072 kW,作業(yè)前后根茬壓縮力減少量為411.506 N,作業(yè)效果最優(yōu)。田間試驗結果表明,破茬深松裝置優(yōu)化結果組合與傳統(tǒng)機具參照指標相比,深松深度穩(wěn)定性提高14%,破茬比率提高15.05%,碎土率提高6.17%,功耗降低48.6%,耗油量降低13.8%。優(yōu)化后的破茬深松裝置性能有較大提升,滿足保護性耕作要求。本文設計的破茬深松裝置能夠利用深松鏟與破茬碎土刀的互作效應增強裝置的作業(yè)性能與作業(yè)效果,為深松、破茬、碎土等農機具部件的設計提供可借鑒的思路。
【學位單位】：東北農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：S222
【部分圖文】：

但在耕作阻力較大的深松作業(yè)中，要求深松鏟的強度較高，后掠弧式深松鏟往往存在作業(yè)過程中存在結構不穩(wěn)定、使用壽命短的現(xiàn)象。圖1-1 圓弧式深松鏟Fig. 1-1 Circular subsoiler圖1-2 后掠弧式深松鏟Fig. 1-2 Swept back subsoiler傾斜式（折線式）深松鏟鏟柄如圖 1-3，1-4 所示，傾斜式深松鏟一般由 2-3 段線段組成，其鏟柄呈現(xiàn)為拐點鏈接，無圓弧過渡，在作業(yè)過程中能夠打破犁底層，起到很好的深松作用。但在深松作業(yè)過程中耕作阻力較大，土壤擾動量較大，土壤墑情損失嚴重，長時間的深松作業(yè)鏟柄的拐點處會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，對深松鏟的磨損比較嚴重。圖1-3 傾斜式深松鏟Fig. 1-3 Inclined subsoiler圖1-4 折線式深松鏟Fig. 1-4 Polygonal subsoiler

圖1-1 圓弧式深松鏟Fig. 1-1 Circular subsoiler圖1-2 后掠弧式深松鏟Fig. 1-2 Swept back subsoiler傾斜式（折線式）深松鏟鏟柄如圖 1-3，1-4 所示，傾斜式深松鏟一般由 2-3 段線段組成，其鏟柄呈現(xiàn)為拐點鏈接，無圓弧過渡，在作業(yè)過程中能夠打破犁底層，起到很好的深松作用。但在深松作業(yè)過程中耕作阻力較大，土壤擾動量較大，土壤墑情損失嚴重，長時間的深松作業(yè)鏟柄的拐點處會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，對深松鏟的磨損比較嚴重。圖1-3 傾斜式深松鏟Fig. 1-3 Inclined subsoiler圖1-4 折線式深松鏟Fig. 1-4 Polygonal subsoiler

但在深松作業(yè)過程中耕作阻力較大，土壤擾動量較大，土壤墑情損失嚴重，長時間的深松作業(yè)鏟柄的拐點處會出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象，對深松鏟的磨損比較嚴重。圖1-3 傾斜式深松鏟Fig. 1-3 Inclined subsoiler圖1-4 折線式深松鏟Fig. 1-4 Polygonal subsoiler
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本文編號：2892885