發(fā)布時間：2019-08-05 09:33

【摘要】：土地耕作對于農業(yè)生產十分重要,長久以來我國實行翻耕作業(yè),在提高農作物產量的同時對土地造成了破壞,導致風蝕、水蝕現象的加劇,并形成了堅硬的犁底層。保護性耕作做為一種少耕免耕技術開始在世界各國廣泛應用,深松技術是保護性耕作的重要內容,深松鏟是深松機具上疏松土壤的保護性耕作部件,然而現階段深松作業(yè)中普遍存在作業(yè)阻力大,耗能嚴重,以及耕作效果不理想等問題,嚴重阻礙了深松技術的推廣�，F階段研究中缺乏合適的深松鏟結構優(yōu)化方法。本研究針對以上問題,基于離散元法對深松鏟的工作過程進行了研究,本文的主要研究內容及結論如下:(1)依據田間土壤特點,在原有離散元模型的基礎上加入了平行粘結,建立了土壤顆粒的離散元模型。對田間土壤進行分析,由于土壤顆粒間毛管水形成的液橋力對深松鏟的耕作阻力造成很大的影響,因此,在離散元線性接觸模型的基礎上加入平行粘結作用,用以反映顆粒間粘結作用。通過仿真三軸壓縮試驗與實驗室三軸壓縮試驗進行對比從而校正土壤顆粒微觀參數。采用校正后的土壤對深松鏟的工作過程進行離散元法仿真,仿真分析在耕深為180 mm~260 mm以及耕作速度為1 m·s-1的條件下進行,同時,在相同條件下對深松鏟進行田間試驗驗證。試驗結果表明在該耕作條件下離散元法仿真誤差范圍為2.96%~14.95%,證明離散元法能較準確反映深松鏟的工作過程。(2)基于棕熊爪趾結構,采用仿生學原理設計了耕深為300 mm的仿生深松鏟,將該仿生深松鏟與國標圓弧形深松鏟在相同條件下進行對比,分析了仿生深松鏟的減阻效果,對仿生深松鏟的減阻原因和深松效果進行了分析。研究棕熊爪趾結構,提取爪趾曲線作為深松鏟內外準線,在國標圓弧形深松鏟的基礎上設計了仿生深松鏟,對所設計的仿生深松鏟進行了有限元強度校核。為分析所設計深松鏟的減阻效果,在作業(yè)速度為0.8 m·s-1,耕深分別為220 mm,260 mm和300 mm的條件下與國標圓弧形深松鏟進行土槽對比試驗,同時進行了離散元法仿真對比,得到仿生深松鏟的減阻效率為10.99%~26.81%,并對仿生鏟柄與仿生鏟尖各自的減阻效果進行了研究,仿生鏟尖的減阻率為3.43%~16.11%,仿生鏟柄的減阻率為7.82%~12.75%�；陔x散元法在土壤擾動,速度場,接觸力場以及平行粘結場這幾方面對比了基于棕熊爪趾的仿生深松鏟與國標圓弧形深松鏟的耕作效果,表明兩者耕作效果相近,國標圓弧形深松鏟耕作阻力較大的原因一是土壤顆粒在深松鏟的推動下朝圓心方向運動造成土壤堆積,二是圓弧形深松鏟對土壤有較大的提升效果。(3)對黑熊爪趾的松土過程進行分析,將入土角為30°時的黑熊爪趾曲線用于仿生深松鏟的設計。采用三維掃描方法獲取黑熊爪趾結構,基于離散元法對黑熊爪趾在不同入土角(0°~45°),不同作業(yè)深度(3 mm~18 mm)下的作業(yè)阻力,土壤孔隙率變化以及排出土量進行研究。研究表明水平阻力隨著入土角的增加線性增長,垂直阻力隨入土角的增加呈二次多項式關系。爪趾排出土量隨入土角的增大先緩慢增加隨后減小。作業(yè)阻力,排出土量以及孔隙率變化量隨著工作深度的增加迅速增大。綜合以上各因素,通過耕作綜合評價系數對黑熊爪趾總的耕作性能進行評價,結果表明當爪趾入土角為30°時耕作效果最好。在此基礎上,提取入土角為30°時的黑熊爪趾曲線,基于凱斯深松鏟,設計了仿生深松鏟,在耕深為350 mm,耕速為0.8m·s-1的條件下基于離散元法對比了該仿生深松鏟與凱斯深松鏟的耕作性能,耕作綜合評價系數分析結果表明基于黑熊爪趾的仿生深松鏟的耕作性能是凱斯深松鏟的9.5倍。(4)研究了深松鏟翼對耕作效果的影響,通過剪切效率對有翼與無翼深松鏟的耕作效果進行評價�；陔x散元法在不同入土角(23°~40.5°)和工作深度(225 mm~350 mm)的條件下對比了有翼深松鏟與無翼深松鏟在水平阻力和土壤擾動范圍方面的不同,采用剪切效率對兩種深松鏟的耕作性能進行評價,結果表明無翼深松鏟剪切效率最高點為當入土角為33.5°時,入土角對于有翼深松鏟的影響不顯著。通過不同工作深度下的研究發(fā)現深松鏟增加雙翼可增大切削效率。有翼與無翼深松鏟在工作深度較淺時均有較高的切削效率。
【圖文】：

圖1-4 所示為一種自激式振動深松機。王俊發(fā)等（2001）應用二次正交旋轉設計的試驗方法研究了鑿式振動深松鏟，并分析了在工作過程中牽引阻力、功耗與前進速度、激振頻率和振幅之間的關系，研究表明振動深松可較大地降低牽引阻力，但無法減少總功率消耗，，相反總功耗還會有所增加，且振幅越高，功率越大。辛麗麗等（2014）研究了振動載荷作用下，入土角、振幅、振頻對耕作阻力的影響，建立了考慮分段土壤作用力的深6

的具體方法是將一定量土樣放置于量筒中（圖 2-1.b），加入粒在水中均勻分布，制成一定量濃度均勻的土懸液（1000 m降，在土粒下降過程中，用密度計測出一定量的均勻濃度的同懸液密度，根據密度計的讀數和土粒下沉時間，計算出粒樣的百分數。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S222

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 李中才,宿廣經;機械化深耕深松是糧食增產的有效手段[J];農村牧區(qū)機械化;2000年01期

2 黃先勇,叢紅躍,李江新,張德普;深松是老棉區(qū)高產的有效途徑[J];新疆農機化;2001年05期

3 李五群;劉勝;;旋播加深松技術初探[J];農機推廣與安全;2002年04期

4 孫嘯萍;陳新華;唐義鋒;;全方位機械化深松技術及其應用分析[J];農業(yè)機械;2003年06期

5 常新華;28團應用機械深松技術治理鹽堿[J];新疆農機化;2003年06期

6 王文力,劉英,楊銳,景影,溫璞,杜曉民;機械化全方位深松技術的推廣應用[J];農機使用與維修;2004年06期

7 周桂霞,汪春,冷江龍,李毅;機械化深松技術的研究現狀及發(fā)展趨勢[J];農機化研究;2005年03期

8 張樹平 ,李自成 ,付俊;機械深松技術[J];農機使用與維修;2005年05期

9 鄭東輝,王保民,王雪峰;機械超深松的作用與發(fā)展[J];農機化研究;2005年05期

10 李其昀;;深松技術在機械化保護性耕作中的作用[J];農機化研究;2006年02期

相關會議論文 前10條

1 孫卓;徐峰;;機械深松技術應用的理論研究[A];低碳經濟與科學發(fā)展——吉林省第六屆科學技術學術年會論文集[C];2010年

2 嚴聚仁;;深松技術在農業(yè)機械化保護性耕作的作用及效益[A];中國農業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

3 嚴聚仁;;深松技術在農業(yè)機械化保護性耕作的作用及效益[A];農業(yè)機械化與全面建設小康社會——中國農業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

4 馬振亞;谷在興;;大力推廣機械深松技術[A];科技創(chuàng)新與節(jié)能減排——吉林省第五屆科學技術學術年會論文集（下冊）[C];2008年

5 陳秀蓮;;機械化深松技術要點及發(fā)展對策[A];現代農業(yè)裝備與新農村建設——山東農業(yè)工程學會、山東農業(yè)機械學會2008年學術年會論文集[C];2008年

6 馬振亞;谷在興;;大力推廣機械深松技術[A];吉林省農業(yè)機械學會2008年學術年會論文集[C];2008年

7 張藕珠;;大力推廣機械化深松技術,提高耕地綜合生產能力[A];面向未來的土壤科學（下冊）——中國土壤學會第十二次全國會員代表大會暨第九屆海峽兩岸土壤肥料學術交流研討會論文集[C];2012年

8 司振江;孫彥君;陶延懷;;振動深松創(chuàng)新機具及技術應用[A];農業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設現代農業(yè)——2005年中國農業(yè)工程學會學術年會論文集第一分冊[C];2005年

9 王瑞麗;李寶筏;邱立春;林靜;;保護性耕作條件下深松機具的研究現狀與展望[A];農業(yè)機械化與全面建設小康社會——中國農業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

10 宋淑云;晉齊鳴;劉武仁;張偉;李紅;沙洪林;;深松土壤中玉米病原菌數量分布與病害相關性研究[A];科技創(chuàng)新與綠色植�！袊参锉Ｗo學會2006學術年會論文集[C];2006年

相關重要報紙文章 前10條

1 記者 馬曉蓉;機械化深松技術在我市首次啟動[N];朔州日報;2010年

2 本報記者 李佑民;機械深松：相當給旱塬建一座地下水庫[N];陜西日報;2011年

3 記者 馬德明　通訊員 王明明;定州 耕地深松甜頭大[N];河北經濟日報;2011年

4 睢陽區(qū)農業(yè)機械化學校 夏永麗;開展土壤深松 促進農業(yè)發(fā)展[N];商丘日報;2011年

5 馬根眾;土壤機械化深松作業(yè)有妙招![N];中國農機化導報;2012年

6 本報記者 馮雷 李杰;河北耕地深松畝產增百斤[N];農民日報;2014年

7 記者 曹智;我省耕地深松技術推廣全國[N];河北日報;2014年

8 記者 刁新建;省農機部門推廣機械深松技術[N];遼寧日報;2006年

9 自治區(qū)農機局 供稿;土地深松技術[N];內蒙古日報(漢);2006年

10 新疆農機學會供稿;機械化深松技術要點[N];新疆科技報(漢);2008年

相關博士學位論文 前5條

1 李博;基于離散元法的深松鏟減阻及耕作效果研究[D];西北農林科技大學;2016年

2 王微;中耕分層深松技術研究及深松部件的有限元分析[D];沈陽農業(yè)大學;2011年

3 劉明;深松和施氮與土壤特性及玉米生長發(fā)育關系的研究[D];沈陽農業(yè)大學;2012年

4 張金波;深松鏟減阻耐磨仿生理論與技術[D];吉林大學;2014年

5 張麗;深松和培肥對旱地農田土壤水分保蓄能力及玉米生長的影響[D];中國農業(yè)大學;2014年

相關碩士學位論文 前10條

1 劉潤杰;仿生技術在深松減阻技術上的研究與應用[D];河北農業(yè)大學;2015年

2 王子陽;深松犁鏟優(yōu)化及其耐磨技術研究[D];佳木斯大學;2015年

3 閻曉光;施肥和深松對旱地春玉米產量及水分利用狀況的影響[D];山西農業(yè)大學;2014年

4 陳雷;機械化深松技術應用的試驗研究[D];南京農業(yè)大學;2014年

5 馬守鋒;深松鏟工作狀態(tài)受力分析與計算機模擬[D];河南農業(yè)大學;2004年

6 徐天月;拋物線型深松鏟結構和工作參數優(yōu)化設計[D];吉林農業(yè)大學;2012年

7 張璐;深松鏟減阻技術研究[D];吉林大學;2013年

8 段曉華;全方位深松技術在山西不同地域的適應性研究[D];山西農業(yè)大學;2013年

9 周玉乾;深松鏟受力數學模型與計算機模擬[D];河南農業(yè)大學;2006年

10 陳坤;后掠式弧形深松鏟柄的結構優(yōu)化研究[D];吉林農業(yè)大學;2012年

本文編號：2523051