东北地区旋耕装置的优化分析与试制验证

发布时间：2020-04-03 10:50

【摘要】：耕整地是秋收后或播种前最基本的作业。主要是通过翻压或者旋耕将表层板结的土壤、地表的杂草、残留的秸秆、残茬进行粉碎后埋到播种层以下,疏松粉碎板结的土壤,起到改良土壤耕层结构属性的目的,使作物更好的吸收播种层土壤的养分,促进农作物的生长发育。目前,合作社的种植模式已经得到了广泛的推广,玉米的播种和收获也已经普遍实现了全程机械化。现有的玉米收获机械会在机器后部或中部安装秸秆还田机对玉米秸秆进行粗略的粉碎,但其实秸秆还田机的作用并不能对玉米秸秆进行完全粉碎,这样未经完全粉碎的秸秆铺在土壤表面,然后在收获后或者播种前,会使用旋耕装置对土地进行耕整作业,但旋耕后仍然会有许多秸秆裸露在地表,同时部分秸秆被被旋耕装置旋埋在播种层,在进行机械化播种时,若将种子播种在被旋进土壤播种层的秸秆上,会严重影响并降低作物的出苗率。论文结合东北作业区的实际情况及旋耕装置试验,针对现有旋耕装置对秸秆和根茬粉碎率低、旋耕深度小的缺点,优化设计了旋耕装置的旋耕部件。并进行了田间性能试验,验证了改进方案的可行性,并确定了旋耕装置作业的最优参数组合。通过查阅文献和实地考察,针对现有旋耕装置的弊端,确定了旋耕装置的优化设计方案。对旋耕装置整体结构进行了简化设计,在部件的设计中,主要对机架、传动系统、刀辊、旋耕刀及刀座进行优化设计,并对旋耕装置刀辊消耗功率进行计算。通过Solidworks软件对旋耕装置零件进行仿真建模,对各个零部件建模完成后,进行了旋耕装置的装配,在零件装配过程中进行干涉检查,对有干涉零件进行修正,确保零件结构在安装过程中顺利安装。利用Solidworks Simulation对机架及刀辊进行了有限元分析,通过有限元分析来验证了结构设计参数的合理性,对旋耕装置机架和刀辊的强度和刚度要求进行校核,使其能够满足旋耕装置作业要求。通过旋耕装置械运动的数学模型分析了旋耕装置旋耕装置的工作条件和作业质量。根据农艺要求对旋耕装置刀座的布置方式和安装刀组进行了设计,刀座的排列根据人字形排列进行优化改进,设计了半对称的排列形式。同时也对刀组在刀座上的安装排列组合方式进行了优化设计,设计了三种旋耕刀在刀座上的安装方式,方式Ⅰ为两把短刀组成,方式Ⅱ为一长一短两把刀组成,方式Ⅲ是两把长刀组成。对旋耕装置分别进行了单因素和正交试验两种田间试验。在单因素实验中,分别将刀辊转速、作业速度、旋耕刀片的安装排列方式作为实验因素,根据参考文献选取旋耕后地表平整度、旋耕层深度稳定性、旋耕层深度合格率、耕后地表秸秆残留量和灭茬碎土率作为旋耕装置田间试验的试验指标,并通过单因素试验来确定正交试验的因素水平及试验指标,同时也验证了旋耕刀片的安装排列方式的优化设计是可行的,改进排列方式Ⅲ各项指标优于前两种改进方案。通过正交试验并对正交试验的测量结果进行分析,同时对不同方法分析得出的旋耕装置参数组合方案进行验证试验。最终确定了旋耕装置相应参数水平的最优组合设计方案,即当旋耕刀片安装方案选择方式Ⅲ、刀辊转速为300r/min、作业速度为1.2m/s时,旋耕装置的作业指标达到最优。为以后旋耕装置械的改进提供了参考。
【图文】：

数列,排列方式,旋耕刀

Jafar HabibiAsl设计了三种不同类型的旋耕刀、L 型及 RC 型，建立了旋转刀片额定功率的面积公式以及切削角的数学模型，通过模拟旋转平面上的不同叶片数量、前进速度和刀工作要求和适用于大面积的土壤耕作，具有理工学院（AIT）的Satit Karoonboonyanan对旋并通过不同材料在旋耕刀表面进行处理，以，通过试验得到表面经过 HVOF 喷涂 WC 于未进行表面处理的旋耕刀[26]。针对现有旋耕装置的缺点进行优化改进设计冯培忠对旋耕装置旋耕刀片的排列组合形式进的做了详细分析，旋耕刀片在旋耕刀辊上的头螺线排列方式，对两种安装模式进行对比列方式（见图 1-1 所示），有效的将人字形与起，继承并发扬了两种排列方式的优点，为合模式的改进设计奠定了理论基础[27]。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文产大学海洋学院的吴子岳等针对旋耕装置在进行粉碎秸秆和题，对旋耕装置提出了非等长刀切碎模型（见图 1-2 所示）对旋耕装置部件进行相应优化，通过田间试验表明非等长刀理，作业质量提升[28,29]。业大学工程学院的王瑞丽副教授及杨鹏等根据秸秆深埋还田设计了秸秆深埋还田开沟灭茬机，针对开沟机灭茬碎土效率开沟犁之前安装改进设计后的刀盘式碎土模型，很好的解决土能力不足的缺点[30]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S222.3

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