土壤深松是指通過使用深松器具,消除舉底層使土壤得疏松,并減少土壤擾動的一種新型土壤耕作方法。根據(jù)土壤耕作歷史和壞境不同,土壤的舉底層深度也有所不同,通常基地層在土壤下15cm左右,準(zhǔn)底層厚度5-15cm,因此,為了能夠徹底打破舉底層疏松土壤,深松過程中要使得深松深度達(dá)到30-40cm,即可保證消除改善土壤的屏障(高煥文等,1995)。深松的好處有很多,比如可以使得深松后的農(nóng)田土壤總體容重降低,土壤顆粒之間的空隙加大,很好的提高了土壤透氣性能;土壤耕作層毛細(xì)血管增加,從而提高了水分、營養(yǎng)的輸送能力,很好的恢復(fù)了土壤肥力(楊建等,2005,張海林等,2005,張瑞富等,2015,鄭洪兵等,2015)。深松相對于傳統(tǒng)的翻耕對土壤表層的擾動比較小,即深松后地塊基本上仍舊保持著農(nóng)田作物收獲后的稻軒覆蓋狀態(tài),有稻桿覆蓋可以大大降低水分流失和土壤風(fēng)化問題。使用土壤深松技術(shù)取代原來耕作方式,可有效的改善土壤蓄水能力,使得深松后的土壤能夠充分接收天然降水,自身形成天然蓄水水庫,緩解旱區(qū)農(nóng)業(yè)水資源缺乏問題。

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第二章振動式深松機(jī)單因素土槽試驗研究

2.1深松過程受力分析

省力不省功的說法在振動減阻上早已流傳已久,但是并未見深度研究(郭志軍等,2011)。目前,從加入振動的方向可以將振動減阻分為兩類:一類是振動方向與機(jī)具前進(jìn)方向同向,以M.Spekor為代表,在分析過程中用線段分段近似方法,得出送種振動方式減阻機(jī)理,即根據(jù)土壤彈塑性力學(xué)控制深松機(jī)具的振動,使其處于土壤的彈塑性變形區(qū),從而使其消耗的阻力小于塑性變形所需的最大阻力但已經(jīng)實現(xiàn)了塑性變形,但送種振動方法的缺點也很明顯,即采用這種方法所能減小的耕作阻力十分有限,減少的阻力主要位于工作部件前方,而其他方面的并未涉及(李博等,2015);—類研究集中認(rèn)為當(dāng)深松機(jī)具附加的振動方向于機(jī)具前進(jìn)方向相互垂直,此類研究以Eggenmuller為代表,他用力學(xué)分析方法把振動切削直觀的分為提升和切削兩個階段,在這兩個階段中,阻力分解為垂直方向和水平方向,兩者的水平方向阻力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不加入振動時的水平阻力,從而很好的解釋了振動深松減阻的機(jī)理,但垂直方向以及其他因素并未考慮(下為民等,2005),(殷涌光等,1994)。本文研究采用振動方向垂直于機(jī)具前進(jìn)方向的振動方式,下面分析下這種方式減阻機(jī)理。

2.2振動式深松機(jī)土槽試驗研究

試驗中使用的振動式深松機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示,由圖可見主要包含限深輪、深松護(hù)、機(jī)架、激振器、支架、三點懸掛、動力軸和杜桿式支架等組成。其工作原理可以描述為偏心軸扛桿搖擺機(jī)構(gòu),其動力由拖拉機(jī)動力輸出軸提供,經(jīng)由傳動軸送至偏心軸輸入端,偏必軸以角速度C0旋轉(zhuǎn)并帶動軸殼上下運動,掛接在軸殼上的化桿式支架以軸銷為支點做小角度擺動,固定在杠桿式支架上的深松護(hù)隨之振動、疏松土壤。不同的拖拉機(jī)動力輸出軸轉(zhuǎn)速不同,偏心軸的角速度?均可以由下式求得,其中n為拖拉機(jī)的動力輸出軸轉(zhuǎn)速,單位r/min。

第三章振動深松機(jī)運動特性分析與仿真研究....21

3.1振動深松運動特性分析....21
3.2基于UG的振動式深松機(jī)運動仿真試驗研究....30
第四章深松機(jī)土壤切削過程的有限元仿真研究....38
4.1土壤的力學(xué)性質(zhì)分析....38
4.2深松鏟土壤切削過程的有限元仿真試驗研究....38
4.3本章小結(jié)....38
第五章振動式深松機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與試驗....38
5.1設(shè)計目的和內(nèi)容....38
5.2在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計......38

第六章振動式深松機(jī)田間試驗研究

6.1試驗?zāi)康暮蛢?nèi)容

通過巿交旋組合試驗設(shè)計,尋求影響振動減阻各因素的最佳配比,并據(jù)此改造試深松機(jī),對比實驗分析機(jī)具配置是否合理,部件性能是否滿足實際深松需耍。深松機(jī)工作過程中,在線胳測作業(yè)參數(shù),并將其傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中必,用以從農(nóng)化農(nóng)藝結(jié)合角度
分析減阻。

6.2材料和方法

為了進(jìn)一步驗證優(yōu)化后的振動式深松機(jī)減阻和深松效果,對普通振動式深松機(jī)和優(yōu)化后的深松機(jī)進(jìn)行了對比試驗,振動頻率12Hz,機(jī)具前進(jìn)速度0.75m/s,耕作深度40cm。設(shè)定優(yōu)化后深松機(jī)的工作參數(shù):振動角度,振動幅值8mm,普通振動式深松機(jī)工作參數(shù):振動角度-5°,振動幅值10mm。非振動式深松過程中平均耕作阻力為5.5kN,經(jīng)測量土壤深松前的密度為1.61g/cm3、堅實度為812kPa和含水量為19.2%,試驗結(jié)果如表6-7所示

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第七章結(jié)論與建議

為了分析振動式深松機(jī)在耕作中深松與土壤之間的相互作用關(guān)系,深入研究深松機(jī)具作業(yè)過程中的牽引阻力、能量消耗以及提升作業(yè)性能,開展了振動式深松機(jī)的工作機(jī)理研究,使用UG、ANSYS/LS-DYNA等相關(guān)軟件,建立振動式深松機(jī)動力學(xué)模型和切削土壤的三維有限元模型,并對主要參數(shù)進(jìn)行了研究�；谖屙棞y力原理,搭建了振動式深松機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),選取機(jī)具的前進(jìn)速度、振動振幅和振動角三個主要因素進(jìn)行二元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗。研究的主要內(nèi)容如下:(1)通過對振動深松碎土機(jī)理及減阻試驗研究,得出:振動和非振動方式下的深松護(hù)土壤切削時的阻力都隨著機(jī)具前進(jìn)速度的増加而增加,其關(guān)系非線性;振動式深松過程的切削阻力隨著深松護(hù)振動頻率的增加而減小,在振動頻率為12Hz附近達(dá)谷底,隨后又隨著振動頻率的増加而増加;振動式深松過程的切削阻力總體小于非振動式深松過程,但振動式深松過程的總功率消耗大于非振動式深松過程的總功率消耗。

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參考文獻(xiàn)（略）

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本文編號：186204