单驱双动式免耕播种机清秸防堵装置设计与试验

作     者：李鑫 

作者单位：山东理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张银平

授予年度：2023年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：免耕播种机 清秸装置 单驱双动式 种床秸秆清除率 离散元仿真 

摘      要：近年来,我国作物产量持续增长,但机械耕作活动强,过度耕作导致的土壤退化、作业成本上升等问题突出。保护性耕作通过秸秆覆盖与免耕播种,减少土壤耕作,能有效的改善土壤结构、增加土壤肥力。免耕播种机作为实施保护性耕作的关键机具,是研究的重点和难点。特别是在黄淮海麦玉两熟区,小麦秸秆覆盖还田,玉米播种期短,秸秆未腐解、韧性大,被动式清秸装置易缠绕或拥堵,清秸防堵装置仍以粉碎旋耕为主,动土量大,能耗高,高速作业困难,限制了保护性耕作在两熟区的推广。针对上述问题,本研究结合对国内外现有免耕播种机清秸防堵装置的调查和研究,以防止作业拥堵、降低作业功耗、提高种床秸秆清除率等为目标,对现有的被动对置清秸盘式清秸防堵装置进行创新,设计了一种单驱双动式清秸防堵装置,并通过理论分析、模拟仿真和台架试验,确定了单驱双动式清秸防堵装置的最优结构参数与作业参数,提高了种床秸秆清除率,改善了玉米免耕播种机播种过程中的拥堵问题。主要研究内容包括:(1)对装置作业过程进行理论分析,研究装置作业过程中作业速度、清秸宽度、安装角度、入土深度、盘齿参数等重要参数间的互作关系,结合Adams软件对清秸盘齿顶点作业轨迹的运动学仿真结论,得到影响装置作业效果的主要因素为清秸盘安装前倾角α、水平偏角β以及机具前进速度v,取值范围为:50°α70°,30°β45°,6km/hv10km/h。(2)清秸盘有限元仿真与清秸过程离散元仿真。使用Solid Works软件对装置进行建模,并在simulation仿真模块对关键作业部件进行有限元仿真,研究清秸盘实际作业过程中不同部位的受力情况,分析清秸盘在田间工况下结构的完整性与稳定性。仿真结果证明清秸装置受力平稳,强度能够达到实际作业需求;构建清秸作业离散元仿真模型,以清秸盘安装前倾角α、水平偏角β以及机具前进速度v为试验因素,以种床秸秆清除率Y与作业阻力Y为指标,进行三因素三水平正交试验,得到装置最优作业效果下的参数组合为:前倾角α=70°,水平偏角β=30°,机具前进速度v=8km/h,此时种床秸秆清除率Y为95.60%,机具作业阻力Y为130.0N,符合免耕播种作业要求。(3)台架试验。搭建试验台架,以种床秸秆清除率、清秸宽度以及拥堵情况为试验指标,以传统的对置平面轮不交错清秸防堵装置为对照,对作业后的种床环境进行测量。结果表明:秸秆覆盖量为0.9375kg/m时,单驱双动式清秸防堵装置平均种床秸秆清秸率为90.59%,平均清秸宽度为169.6mm,试验过程未出现显著拥堵;对置平面轮不交错清秸装置种床秸秆清秸率为65.65%,平均清秸宽度为90.8mm,试验过程出现3次显著拥堵,说明设计的单驱双动清秸装置作业性能优于传统清秸装置。以种床秸秆清秸率Y为试验指标,清秸盘安装角α、水平倾角β以及机具前进速度v为试验因素,进行三因素三水平正交试验,试验结论表明:单驱双动清秸装置实际作业结果与仿真结果变化趋势基本一致,最佳作业参数组合为:清秸盘前倾角α=70°,水平偏角β=30°,机具前进速度v=8km/h,此时种床秸秆清秸率Y为90.57%。设计的单驱双动式清秸防堵装置能够满足实际作业需求,作业效果良好,能够为玉米播种作业提供质量较高的种床,作业过程不容易发生拥堵。