立式对置斜置旋耕消毒一体机的研制与试验
作者单位：江苏大学
学位级别：硕士
导师姓名：高建民
授予年度：2019年
主 题：立式 对置斜置 深旋耕 土壤消毒 本构试验 LS-DYNA
摘 要：我国作为农业大国,农业的发展水平很大程度上影响着国民经济的发展,近年来我国农业呈高速发展状态,在解决人民温饱、提高国民经济水平的同时也带来了一系列土壤问题。如何处理因农作物种植生产而产生的大量秸是目前亟待解决的问题,我国目前使用的大部分土地耕作机具的耕深较浅,在作业时,会将大量还田的秸秆埋在浅耕层,导致作物根部附近秸秆密度过大,影响作物生长,而且浅旋耕无法改善土壤结构,预防水土流失。同时,为提高作物产量,复种指数高、土壤连作导致的土壤内部土传病害问题严重,而目前国内的土壤消毒方式多为表面喷洒消毒药剂之后覆盖地膜,该方式无法对深层土壤进行消毒,同时会对土壤造成二次污染,对之后的土地耕整造成恶性影响,导致作物质量和产量下降,无法很好地解决土壤病虫害的问题且不符合可持续生态农业建设的要求。针对以上问题,土壤深旋耕作业机具的研制和土壤深层消毒方法的研究成为解决我国农业土壤问题、促进我国农业快速发展的重要课题。所以本文提出一种可以在深旋耕的同时进行深层土壤喷雾消毒的作业方法,设计并研制立式对置斜置旋耕消毒一体机。首先,本文对一体机传动系统、整机及各部件进行设计,根据牵引拖拉机功率进行了传动系统的设计和校核,确定土壤消毒组件安装位置与整机主要技术参数和性能参数。根据一体机的工况,针对试验田土壤和秸秆进行了土壤和秸秆材料的力学本构试验,获取了秸秆的剪应力、剪切强度等参数的竖直和变化规律以及土壤的内摩擦角、凝聚力等参数。为了对立式对置斜置旋耕消毒一体机的耕作性能作更深入地研究,本文运用非线性限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了刀滚-土壤-秸秆仿真模型,并分别对切削过程中土壤和秸秆的等效应力分布规律、双刀滚在切削过程中的切削阻力变化规律以及切土能耗变化规律进行研究,对刀滚切削阻力和能耗进行分析,分析结果表明一体机的斜置布置的刀滚可以达到减小切削阻力、节省能耗的效果。同时建立了单刀滚切削有限元模型,分别进行了刀滚转速与前进速度对牵引阻力和能耗的影响的研究。使用立式对置斜置旋耕消毒一体机样机进行了田间试验来检测一体机的实际耕作性能和消毒效果,分别对立式旋耕的耕深及耕深稳定性、碎土率等指标进行了测定和计算,并对一体机消毒作业前、后以及表面喷药的未耕土壤取样进行对比试验,来检测一体机对土壤的消毒效果。试验结果表明立式对置斜置旋耕消毒一体机耕深大且稳定性好,拥有较高的耕作质量,同时可以有效实现土壤的深层消毒。
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