近年來，東北地區(qū)摸索出多種適合東北地區(qū)實(shí)際情況的保護(hù)性耕作技術(shù)，其中留茬行間交替耕作技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的保護(hù)性耕作技術(shù)之一。留茬行間交替耕作技術(shù)在收獲作業(yè)時(shí)采取高留茬作業(yè)，翌年在第一年的休耕行播種，第三年回到第一年的播種行播種，依次循環(huán)往復(fù)，其具有蓄水保墑，降低風(fēng)蝕水蝕，根茬降解腐蝕程度高，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量等優(yōu)勢(shì)。由于采取高留茬作業(yè)（根茬上方保留一定長度的秸稈，長度約為300-500mm），因而播種作業(yè)時(shí)，地表上殘留大量倒伏的根茬和秋季作業(yè)時(shí)掉落的秸稈，致使播種作業(yè)時(shí)易發(fā)生如下問題：①秸稈、根茬易堵塞開溝裝置，破茬作業(yè)需同時(shí)針對(duì)秸稈和根茬進(jìn)行作業(yè)；②由于采取留茬交替耕作，拖拉機(jī)行駛輪和機(jī)具在作業(yè)時(shí)均會(huì)接觸到殘留于地表的根茬，因而相對(duì)于原壟耕作模式，機(jī)具震動(dòng)增加，排種器易發(fā)生掉種現(xiàn)象；③當(dāng)覆土鎮(zhèn)壓裝置與地表殘留的根茬、秸稈接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生覆土量降低和鎮(zhèn)壓強(qiáng)度不穩(wěn)定的現(xiàn)象；上述問題使得傳統(tǒng)播種機(jī)很難適用于留茬行間交替耕作技術(shù)，因而對(duì)留茬行間交替耕作模式的免耕播種技術(shù)進(jìn)行深入研究，并研制一種適用于行間交替耕作技術(shù)的播種機(jī)具對(duì)東北黑土區(qū)的保護(hù)與恢復(fù)和保障國家糧食安全均具有重要意義。 本文針對(duì)留茬行間交替耕作技術(shù)缺少配套播種機(jī)具的問題，在國家十二五科技支撐計(jì)劃課題（玉米種植機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)和裝備研究與示范2011BAD20B09）的支持下，結(jié)合交替耕作技術(shù)特點(diǎn)和東北地區(qū)實(shí)際作業(yè)條件，通過理論分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、建立數(shù)學(xué)模型、仿真分析等方法，研究關(guān)鍵部件的幾何形態(tài)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、作業(yè)方式與作業(yè)效果之間的關(guān)系，并總結(jié)和量化其規(guī)律，從而設(shè)計(jì)出合理的排種、破茬、鎮(zhèn)壓等關(guān)鍵部件，最終設(shè)計(jì)出與留茬行間覆蓋交替耕作技術(shù)相配套的播種機(jī)具。 （1）秸稈切割阻力與切割功耗影響因素及其規(guī)律的研究。本文以刀具切割作業(yè)方式（切割速度、滑切角、是否固定秸稈）和秸稈自身屬性（秸稈含水率、秸稈直徑）為試驗(yàn)因素，秸稈切割性能（最大切割阻力、切割功耗）為試驗(yàn)指標(biāo)。本文通過多水平單因素試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)秸稈自身屬性和刀具切割作業(yè)方式對(duì)切割性能的影響規(guī)律；通過理論分析等方法總結(jié)出刀具切割作業(yè)方式對(duì)切割性能產(chǎn)生顯著性影響的原因：滑切角通過改變刀具對(duì)秸稈的實(shí)際切割角，進(jìn)而影響最大切割阻力和切割功耗，切割速度和是否固定秸稈通過改變秸稈滑移率和實(shí)際滑切角，進(jìn)而影響最大切割阻力和切割功耗；通過數(shù)學(xué)建模的方法建立了切割阻力和切割功耗與切割速度、滑切角等因素的一般數(shù)學(xué)關(guān)系模型（①刀具切割秸稈最大切割阻力與刀具實(shí)際切割刃角之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型，②刀具實(shí)際切割刃角與刀具構(gòu)造刃角、刀具動(dòng)態(tài)滑切角之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型③刀具動(dòng)態(tài)滑切角與切割速度、刀具滑切角之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型，④秸稈被固定時(shí)切割功耗與滑切角之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型，⑤秸稈未被固定時(shí)秸稈滑移位移與切割速度、滑切角之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型，⑥秸稈未被固定時(shí)切割功耗與切割速度、滑切角之間關(guān)系數(shù)學(xué)模型），通過數(shù)學(xué)模型求解揭示其因變規(guī)律，數(shù)學(xué)模型所得出結(jié)論與多水平單因素試驗(yàn)結(jié)論相互印證，證明了結(jié)論的可靠性，為行間播種機(jī)具防堵破茬部件的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。 （2）播種機(jī)破茬作業(yè)理論研究與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。針對(duì)留茬行間交替耕作技術(shù)春季播種時(shí)，地表殘存根茬和秸稈致使免耕播種作業(yè)易堵塞的問題，本文以第二章的研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合行間交替耕作技術(shù)特點(diǎn)和東北黑土區(qū)實(shí)際作業(yè)條件，設(shè)計(jì)一種同時(shí)設(shè)有被動(dòng)臥式旋轉(zhuǎn)部件和主動(dòng)臥式旋轉(zhuǎn)部件的秸稈固定滾切式防堵裝置。本文通過試驗(yàn)和理論分析的方法，得出被動(dòng)刀片刀刃曲線采取等滑切角曲線時(shí)可有效固定住秸稈，進(jìn)而降低作業(yè)功耗和最大切割阻力，并通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì)出作業(yè)效果最佳的被動(dòng)切割刀片和主動(dòng)切割刀片，其中被動(dòng)切割刀片的刀刃曲線采用等滑切角曲線，刀片半徑為185mm，主動(dòng)切割刀片的刀刃曲線采用阿基米德螺線，刀片半徑為240mm；通過多因素組合試驗(yàn)，并運(yùn)用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，建立各因素與各指標(biāo)之間的回歸方程，從而確定出刀片最佳結(jié)構(gòu)和作業(yè)參數(shù)；通過田間驗(yàn)證試驗(yàn)，得出玉米根茬和秸稈切斷率平均值為91.3%，單把主動(dòng)刀片功率消耗平均值為145.2W，為整機(jī)設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵部件。 （3）排種過程中種子受力與位移問題研究及新型排種器和漏播報(bào)警裝置設(shè)計(jì)。針對(duì)留茬行間交替耕作技術(shù)條件下，拖拉機(jī)行駛輪和機(jī)具在作業(yè)時(shí)均會(huì)接觸到殘留于地表的根茬，相較于原壟耕作技術(shù)排種器震動(dòng)較大、易掉種的問題，設(shè)計(jì)一種雙凹曲面搖桿式排種器及漏播報(bào)警裝置，其通過雙凹曲面取種塊與傾斜式清種環(huán)共同完成充種、運(yùn)種、清種、排種等作業(yè)環(huán)節(jié)，播種作業(yè)時(shí)將種子壓入雙凹曲面取種塊的第二凹曲面內(nèi)，降低排種器震動(dòng)對(duì)排種作業(yè)的影響，實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、低破損的作業(yè)目標(biāo)。通過分析作業(yè)效果與關(guān)鍵部件幾何形態(tài)、結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)作業(yè)關(guān)鍵部件雙凹曲面取種塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選取三段圓弧曲面組成雙凹曲面取種塊的兩段凹曲面，使其對(duì)種子的夾持效果更佳；通過選用合理的單片機(jī)、傳感器等部件，設(shè)計(jì)出合理的漏播報(bào)警裝置電路和流程；通過排種器震動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)模擬田間實(shí)際作業(yè)情況，以排種器轉(zhuǎn)速、清種環(huán)傾斜角為試驗(yàn)因素，單粒率為試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行多水平雙因素試驗(yàn)，確定其最佳作業(yè)參數(shù)；通過田間驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)排種器實(shí)際作業(yè)效果進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果表明排種器單粒率在95%以上。 （4）土壤位移和受力仿真分析與彈性覆土鎮(zhèn)壓裝置作業(yè)原理分析及設(shè)計(jì)研究。針對(duì)覆土、鎮(zhèn)壓作業(yè)中覆土量和鎮(zhèn)壓強(qiáng)度不穩(wěn)定，影響作物產(chǎn)量的問題，本文設(shè)計(jì)一種彈性覆土鎮(zhèn)壓輪，其主要由胎體、胎體腔室和覆土器組成，覆土器通過彈性伸縮表皮完成覆土和震動(dòng)清除粘附土壤等作業(yè)，胎體通過機(jī)具重力和胎體腔室內(nèi)氣體的壓力完成鎮(zhèn)壓作業(yè)。由于彈性覆土鎮(zhèn)壓裝置采取彈性腔室設(shè)計(jì)，并由平行四連桿仿形機(jī)構(gòu)與機(jī)架連接，遇到秸稈、根茬時(shí)亦可保證與土壤的接觸面積，保證鎮(zhèn)壓強(qiáng)度穩(wěn)定，并依靠覆土器增加覆土量，從而達(dá)到鎮(zhèn)壓強(qiáng)度和覆土量穩(wěn)定的目的。通過ABAQUS軟件對(duì)彈性覆土鎮(zhèn)壓輪作業(yè)過程中土壤位移與受力情況進(jìn)行仿真分析，得出作業(yè)時(shí)土壤在覆土器部分位移較大；覆土鎮(zhèn)壓輪應(yīng)變和應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在覆土器與胎體腔室結(jié)合部，覆土鎮(zhèn)壓輪與土壤接觸面積基本穩(wěn)定在24000mm2，垂直接觸力基本穩(wěn)定在800N。 （5）留茬行間交替耕作技術(shù)配套播種機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)配置合理性研究。播種機(jī)主要由防堵破茬機(jī)構(gòu)、施肥機(jī)構(gòu)、播種機(jī)構(gòu)、覆土鎮(zhèn)壓機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，本文通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出平行四連桿等機(jī)構(gòu)，并得出合理的整機(jī)結(jié)構(gòu)配置，經(jīng)整機(jī)田間試驗(yàn)，機(jī)具各項(xiàng)指標(biāo)均超過國家標(biāo)準(zhǔn)。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：S223.2
【部分圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文耕播種機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀達(dá)國家由于科技水平較高，人口密度較低，耕地多為大地塊，因而種機(jī)作業(yè)幅寬較大，機(jī)具重量較大，懸掛方式多為牽引式，采取，并配合大馬力拖拉機(jī)，一次進(jìn)地即可同時(shí)進(jìn)行破茬、松土、播種等作業(yè)，且不易發(fā)生堵塞問題，具有良好的田間通過性，開溝深度果好[91-93]。

圖 1-2 Great Plains 3P606NT 型免耕播種機(jī)表 1-4Great Plains 3P605NT 型免耕播種機(jī)主要參數(shù)作業(yè)指標(biāo) 參數(shù)值 單配套功率 44 kw懸掛方式 三點(diǎn)懸掛行間距 19.05 cm作業(yè)幅寬 1.83 m開溝深度 89 m重量 1034 k巴西 SPD3O00 玉米秸稈覆蓋地播種機(jī)采用牽引式設(shè)計(jì)，安有氣吸式排種器元盤開溝器等機(jī)構(gòu)，如圖 1-4 所示，其主要參數(shù)如表 1-6 所示[99-100]。表 1-5 SOX30 型免耕播種機(jī)主要參數(shù)作業(yè)指標(biāo) 參數(shù)值 單

圖 1-3 SOX30 型免耕播種機(jī)圖 1-4 SPD3O00 玉米秸稈覆蓋地播種機(jī)表 1-6 SOX30 型免耕播種機(jī)主要參數(shù) 參數(shù)值 44 5 120 530
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2868457