西洋参种床深松碎土复式作业机的试验研究

作     者：余梦 

作者单位：吉林农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王景立

授予年度：2021年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：西洋参 床土改良 深松铲 立式旋耕 

摘      要：西洋参种植对土壤条件和农艺技术要求严格、种植步骤繁琐、选地条件特殊,不仅耕作深度大,对土壤细碎程度及土壤紧实度要求也很高。目前国内西洋参种植地区耕整地机械主要以传统耕地机械为主,参农依据种植区的土壤条件自主进行部分改装,如深松机松土、铧式犁翻土、旋耕机碎土等,传统的西洋参种床耕整地方式需要连续作业10余次才能达到要求。本文结合西洋参连作床土改良关键技术及存在的主要问题展开研究,设计并制作了一种适用于西洋参种植要求的深松旋耕复式作业机,将深耕松土部件与旋耕碎土部件有机结合,以满足西洋参种植床土改良前及改良后整地作业要求,实现一套机具在床土改良前以松土碎土为主的联合作业,改良后以碎土和混土为主2～3次作业即可达到传统改良机具10余次作业效果,极大的简化了西洋参种植农艺环节与作业成本。本文主要研究内容与结论如下:(1)西洋参种植地块土壤物理特性测试分析。对西洋参床土不同深度的容重、含水率、坚实度等物理特性指标进行了实际测试,为复式作业机主要工作部件设计提供理论依据。(2)西洋参种床深松碎土复式作业机的设计。利用Catia三维设计软件完成了整机的三维实体设计。实测了偏柱式、箭型、凿型、组合式尖头翻土深松铲的阻力大小、作业深度,根据实测数据优选出箭型深松铲。设计并优化齿轮传动系统,确定立式旋耕刀轴的转速范围在380～500 r/min。设计立式旋耕刀轴的尺寸,确定旋耕刀轴耕深275 mm。依据西洋参种植农艺技术要求及主要工作部件结构特点,确定了机架的尺寸和形状。(3)深松碎土复式作业机机架和深松铲的静力学分析。利用ANSYS软件对深松铲和机架进行静力学分析,计算结果得出,机架的最大变形量为0.12 mm,发生在前横梁与深松铲连接的位置,最大主应力为40.11 MPa,发生在前横梁和中间横梁的螺栓孔处。深松铲的最大变形量为13 mm,发生在深松铲的铲尖处,最大主应力为24 MPa,最大主应力发生在深松铲铲柄固定的位置。(4)深松碎土复式作业机机架有限元模态分析。利用Catia软件建立机架三维模型,导入ANSYS的模态分析界面,分析前六阶振动模型及频率。计算结果表明,随着阶次的增加,各阶次的频率也在不断的增加,前6阶的频率分布在80～200 Hz之间。拖拉机传递到机架的低频在0～15 Hz之间,数据对比分析表明机架不会发生共振。(5)田间试验。采用三因素三水平试验方案,依据Design Expert软件给出的17组试验组合进行田间试验。根据软件运行结果最优组合为:刀轴转速A为500 r/min、前进速度B为2.985 km/h、刀片类型C为IT245,碎土率为87.6%、作业阻力16491.6 N。结合实际情况对数据进行优化,取刀轴转速500 r/min、前进速度3 km/h、刀片类型IT245进行三次重复式验,得平均碎土率86.5%、作业阻力16528.7 N,与模型预测结果接近,表明基于该响应面模型分析的组合方式有效方法可行。(6)对作业后种床土壤物理特性指标进行了测试分析。17组田间试验作业后平均碎土率为79.947%,地表平整度小于3 cm,深松深度的平均值为36.04 cm,标准差为1.265,变异系数为3.51%,土壤平均含水率12.55%,土壤平均容重1.11 ***。对比作业前相应指标,表明机具作业效果良好。本文针对西洋参种植对种床土壤的农艺技术要求,设计制做了深松旋耕复式作业机,并对机架与主要工作部件等进行了理论分析与试验研究,为研制西洋参及相关药用植物种植机械提供了理论依据,为进一步提高西洋参种植全程机械化水平开展了有益的研究。