蔬菜联合精整地机的设计与试验研究
发布时间：2020-11-17 15:15
我国是世界上最大的蔬菜生产国与消费国,2013年蔬菜播种面积及产量分别约占到世界的40%和50%。但我国蔬菜生产效率低、用工量大、人工成本高等弊端对蔬菜行业发展的制约作用越来越明显,蔬菜对机械化的需求变得日益急迫,生产全程机械化将成为蔬菜行业的发展趋势。而在蔬菜生产全程机械化进程中,土壤整地机械占有重要地位。土地平整是保证蔬菜生长一致的先决条件,是后续移栽、收获等环节机械化作业质量的前提保证,整地质量的好坏直接影响到蔬菜的产量。国内目前缺乏专门用于蔬菜整地的机具,而现有的整地机具作业效果达不到蔬菜种植的农艺要求,存在土壤细碎度差、垄面平整度低、耕深不稳定以及刀辊粘土现象严重等问题。为解决上述问题,本文研究一种专门用于蔬菜整地的联合整地机具,与现有整地机型相比,土壤的细碎程度和地表的平整度得到有效改善,作业质量和作业效率得到提升,达到蔬菜精耕细作的要求。主要内容包括以下几个部分:(1)蔬菜联合精整地机整机的设计。借鉴现有联合整地机具设计理念,根据蔬菜种植模式,基于农机与农艺结合的思想,确定整机采用深层旋耕-表层碎土-垄面镇压的复式联合结构,采用双刀轴联合作业,前置旋耕刀轴与后置碎土辊刀轴相向运动的原理。确定整机的结构参数与性能参数,同时计算分析得出系统的传动方案,并进行传动齿轮的选型。(2)蔬菜联合精整地机关键部件的设计。确定旋耕部件、碎土辊部件及镇压部件的主要结构形式,分析得出影响三大部件作业性能的关键结构参数。确定旋耕刀刀盘间距,旋耕刀的排列及刀轴参数,镇压辊直径与镇压辊端盘参数,创新设计一种弧形碎土刀齿和两种不同结构的碎土辊,重点分析计算密布型碎土辊的工作参数。(3)机架在不同工况下力学性能研究。利用有限元分析方法,采用Pro/E软件和ANSYS Workbench软件,对机架在两种工况下作业时的力学性能进行分析,得出机架所受的最大应力及最大变形量,仿真结果表明机架材料性能未得到充分发挥。从而对机架牵引板及前后杠管材的厚度进行优化,优化后得出机架最大应力略低于材料许用应力,刚度也变化很小,表明优化效果显著,机架材料使用量得到有效减少。(4)蔬菜联合精整地机作业性能试验研究。以碎土率和土壤平整度为响应指标,牵引速度、碎土辊转速和土壤含水率为试验因素开展试验研究。借助SAS统计分析软件,运用单因素方差分析法探究牵引速度、碎土辊转速和土壤含水率对机具的碎土及土壤平整效果的影响规律;采用多因素方差分析法探究各因素对响应指标显著性影响的主次顺序;运用二次响应面分析法拟合出试验因素与响应目标之间的回归模型。通过MATLAB软件对回归模型进行多目标优化,得出最佳碎土率和平整度条件下的工作参数组合。最后通过试验对优化结果进行验证,结果表明两者吻合度较好。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S222.4
【部分图文】：
具发展完善成集深松、旋耕、碎土、起垄、平整等功能于一体的联合整地机械，一次作业完成数道工序，具有充分利用功率、降低油耗、节约劳动时间、减少土壤压实等优点，很大程度上提高了机具的作业效率和作业质量。国外从上世纪五六十年代就开始出现了联合整地机械（Jia HL，et al，2007）。资料显示(JamesG，1996； Uri N D，et al，1996), 前苏联时期，其联合整地机使用率就已经达到 60% 以上。当前，作为世界上农业生产现代化程度较高的美国，已全面实现了以联合作业机为主的高度机械化，大幅度提高了生产效率，使之成为当今世界农业劳动生产率最高的国家之一（ShibusawaS，1993；Salokhe V M，et al，2001）。纵观世界范围，联合耕整技术均得到了普遍认可和应用(Uri N D，et al，1999；Anne Williams，2004；赵永满，等，2005)。近些年，欧美发达国家在蔬菜生产机具领域也开展了研究，市场上已有相对成熟的产品出现，以意大利、法国为代表。意大利 Hortech 公司目前生产了两个型号的蔬菜整地机具，AFSUPER 蔬菜整地机与 AI MAXI 蔬菜整地机。AF SUPER 如图 1.1 所示，适合于中等质地及轻质土壤，作业时能达到很高的土壤细碎度。AI MAXI，如图 1.2 所示，适用于重土壤或者地表存在石粒、残茬的土壤，该机型即使在土壤表面有石粒或者作物残茬情况下，也能对蔬菜苗床培育及幼苗移栽创造良好的土壤条件，达到精细化水平，得到松软无残茬遗留的土壤表层。
具发展完善成集深松、旋耕、碎土、起垄、平整等功能于一体的联合整地机械，一次作业完成数道工序，具有充分利用功率、降低油耗、节约劳动时间、减少土壤压实等优点，很大程度上提高了机具的作业效率和作业质量。国外从上世纪五六十年代就开始出现了联合整地机械（Jia HL，et al，2007）。资料显示(JamesG，1996； Uri N D，et al，1996), 前苏联时期，其联合整地机使用率就已经达到 60% 以上。当前，作为世界上农业生产现代化程度较高的美国，已全面实现了以联合作业机为主的高度机械化，大幅度提高了生产效率，使之成为当今世界农业劳动生产率最高的国家之一（ShibusawaS，1993；Salokhe V M，et al，2001）。纵观世界范围，联合耕整技术均得到了普遍认可和应用(Uri N D，et al，1999；Anne Williams，2004；赵永满，等，2005)。近些年，欧美发达国家在蔬菜生产机具领域也开展了研究，市场上已有相对成熟的产品出现，以意大利、法国为代表。意大利 Hortech 公司目前生产了两个型号的蔬菜整地机具，AFSUPER 蔬菜整地机与 AI MAXI 蔬菜整地机。AF SUPER 如图 1.1 所示，适合于中等质地及轻质土壤，作业时能达到很高的土壤细碎度。AI MAXI，如图 1.2 所示，适用于重土壤或者地表存在石粒、残茬的土壤，该机型即使在土壤表面有石粒或者作物残茬情况下，也能对蔬菜苗床培育及幼苗移栽创造良好的土壤条件，达到精细化水平，得到松软无残茬遗留的土壤表层。
图 1.3 FORIGO 牌蔬菜作畦机 图 1.4 法国农天利 蔬菜整地机Fig.1.3 FORIGO vegetable tillage machine Fig.1.4 French Korean vegetable tillage machine以上四款整地机具整地效果都相对理想，但价钱昂贵，机具所需配套的拖拉机马力大，故障维修麻烦等缺点使得很国内很少有农场或个人愿意购买。1.3.2 国内研究现状国内联合整地机的研究相对国外较晚，随着我国农业机械化水平的提高，联合整地机有了长足的发展（赵大勇，2012；高尔光，2007），基本能够覆盖主要农作物整地的领域。国内的联合整地机具大部分是在旋耕机和灭茬机等机具的基础上研发设计的，其性能与作业效果和国外的相比还有很大的差距(梁作思，2001；李理，等，2004)。
【参考文献】
本文编号：2887652
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S222.4
【部分图文】：
具发展完善成集深松、旋耕、碎土、起垄、平整等功能于一体的联合整地机械，一次作业完成数道工序，具有充分利用功率、降低油耗、节约劳动时间、减少土壤压实等优点，很大程度上提高了机具的作业效率和作业质量。国外从上世纪五六十年代就开始出现了联合整地机械（Jia HL，et al，2007）。资料显示(JamesG，1996； Uri N D，et al，1996), 前苏联时期，其联合整地机使用率就已经达到 60% 以上。当前，作为世界上农业生产现代化程度较高的美国，已全面实现了以联合作业机为主的高度机械化，大幅度提高了生产效率，使之成为当今世界农业劳动生产率最高的国家之一（ShibusawaS，1993；Salokhe V M，et al，2001）。纵观世界范围，联合耕整技术均得到了普遍认可和应用(Uri N D，et al，1999；Anne Williams，2004；赵永满，等，2005)。近些年，欧美发达国家在蔬菜生产机具领域也开展了研究，市场上已有相对成熟的产品出现，以意大利、法国为代表。意大利 Hortech 公司目前生产了两个型号的蔬菜整地机具，AFSUPER 蔬菜整地机与 AI MAXI 蔬菜整地机。AF SUPER 如图 1.1 所示，适合于中等质地及轻质土壤，作业时能达到很高的土壤细碎度。AI MAXI，如图 1.2 所示，适用于重土壤或者地表存在石粒、残茬的土壤，该机型即使在土壤表面有石粒或者作物残茬情况下，也能对蔬菜苗床培育及幼苗移栽创造良好的土壤条件，达到精细化水平，得到松软无残茬遗留的土壤表层。
具发展完善成集深松、旋耕、碎土、起垄、平整等功能于一体的联合整地机械，一次作业完成数道工序，具有充分利用功率、降低油耗、节约劳动时间、减少土壤压实等优点，很大程度上提高了机具的作业效率和作业质量。国外从上世纪五六十年代就开始出现了联合整地机械（Jia HL，et al，2007）。资料显示(JamesG，1996； Uri N D，et al，1996), 前苏联时期，其联合整地机使用率就已经达到 60% 以上。当前，作为世界上农业生产现代化程度较高的美国，已全面实现了以联合作业机为主的高度机械化，大幅度提高了生产效率，使之成为当今世界农业劳动生产率最高的国家之一（ShibusawaS，1993；Salokhe V M，et al，2001）。纵观世界范围，联合耕整技术均得到了普遍认可和应用(Uri N D，et al，1999；Anne Williams，2004；赵永满，等，2005)。近些年，欧美发达国家在蔬菜生产机具领域也开展了研究，市场上已有相对成熟的产品出现，以意大利、法国为代表。意大利 Hortech 公司目前生产了两个型号的蔬菜整地机具，AFSUPER 蔬菜整地机与 AI MAXI 蔬菜整地机。AF SUPER 如图 1.1 所示，适合于中等质地及轻质土壤，作业时能达到很高的土壤细碎度。AI MAXI，如图 1.2 所示，适用于重土壤或者地表存在石粒、残茬的土壤，该机型即使在土壤表面有石粒或者作物残茬情况下，也能对蔬菜苗床培育及幼苗移栽创造良好的土壤条件，达到精细化水平，得到松软无残茬遗留的土壤表层。
图 1.3 FORIGO 牌蔬菜作畦机 图 1.4 法国农天利 蔬菜整地机Fig.1.3 FORIGO vegetable tillage machine Fig.1.4 French Korean vegetable tillage machine以上四款整地机具整地效果都相对理想，但价钱昂贵，机具所需配套的拖拉机马力大，故障维修麻烦等缺点使得很国内很少有农场或个人愿意购买。1.3.2 国内研究现状国内联合整地机的研究相对国外较晚，随着我国农业机械化水平的提高，联合整地机有了长足的发展（赵大勇，2012；高尔光，2007），基本能够覆盖主要农作物整地的领域。国内的联合整地机具大部分是在旋耕机和灭茬机等机具的基础上研发设计的，其性能与作业效果和国外的相比还有很大的差距(梁作思，2001；李理，等，2004)。
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 罗红旗;高焕文;;免耕播种机组合镇压器设计研究[J];北京工商大学学报(自然科学版);2008年03期
2 肖成林;周德义;王永强;杨翔宇;李东来;王子佳;;基于ANSYS的耕整机机架有限元分析[J];吉林农业大学学报;2011年04期
3 鲁建霞;苟惠芳;;有限元法的基本思想与发展过程[J];机械管理开发;2009年02期
相关硕士学位论文 前1条
1 刘小伟;双辊秸秆还田旋耕机的研制开发[D];中国农业大学;2000年
本文编号：2887652
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