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玉米秸秆灭茬深埋还田机的设计与试验研究

玉米秸秆灭茬深埋还田机的设计与试验研究

作者：张桐嘉沈阳农业大学

学位级别：硕士

玉米秸秆是十分重要的资源,据统计,国内平均每年产生的秸秆总量约为6.2×10t,但近年秸秆资源的利用率却逐年降低,农民为赶农时将大量秸秆焚烧,在严重浪费农作物资源的同时产生了大量的有害气体,蒸发了土壤的水分,矿化了土壤的腐殖质和... 详细信息

玉米秸秆是十分重要的资源,据统计,国内平均每年产生的秸秆总量约为6.2×10t,但近年秸秆资源的利用率却逐年降低,农民为赶农时将大量秸秆焚烧,在严重浪费农作物资源的同时产生了大量的有害气体,蒸发了土壤的水分,矿化了土壤的腐殖质和有机质,改变了土壤的物理性状,造成土壤板结、水分流失,已严重破坏了我国农业生产状况。秸秆就地还田是解决秸秆资源利用率低的有效途径之一,不仅从根本上杜绝了秸秆焚烧,而且可以提高土壤肥力,改善土壤耕层结构,促进农作物生产良性循环。秸秆还田增肥增产作用显著,近些年,国家针对这些问题实行了保护性耕作的农业政策,也开始大力推广秸秆还田技术,其中秸秆深埋还田技术可以将粉碎的秸秆深埋在地表下20cm以上,并且加快秸秆分解速度,增加土壤有机质含量,使土壤形成虚实相间的耕层,从而增加土壤通透性和孔隙度,并可以改善土壤结构、保墒和调控土壤温度,同时减少了化肥的使用和秸秆的资源浪费,是秸秆综合利用的一项重要技术。本课题来源于公益性行业(农业)科研专项经费项目,旱地合理耕层构建技术指标研究(201503116—09)。秸秆粉碎深埋还田机是实现秸秆机械化智能化还田的主要工作机具,现有的机具大多存在着秸秆粉碎后长度过长,还田深度不够等问题,结合课题需要,确定东北地区秸秆深埋还田技术需要达到20cm以上,并结合东北平原棕壤土地区雨养旱地合理耕层构建技术指标要求,以及东北农业专家所提出的玉米耕作条件以及耕作方式的农业技术要求,结合“苗带紧、行间松、土壤虚实结构兼备”的旱地合理耕层构建技术,设计出“玉米秸秆灭茬深埋还田机”,并进行了减阻分析和田间试验研究。在研究过程中取得的主要成果如下:(1)根据东北平原旱地合理耕层构建技术指标要求,结合秸秆深埋还田的农业技术要求,对机具工作的关键部件做了深入的研究,并根据实际的田间工况设计了整机的机架、传动系统、秸秆捡拾粉碎装置、综合输送装置、仿生开沟装置以及覆土镇压装置,并对其进行合理的布局,对实现重要功能的部件进行设计和分析,制造出一次进地可完成秸秆收集粉碎、物料输送、开沟深埋以及覆土镇压等工作的秸秆深埋还田机。(2)通过对秸秆深埋还田机各装置的优化设计及运动分析,灭茬捡拾粉碎装置采用了动定刀结合的甩刀式秸秆粉碎装置,在动刀采用了Y型甩刀,定刀优化切割角为45°,设计的综合输送装选取螺旋的外径为240mm,螺距为200mm,螺旋轴直径为120mm,输送管道内径和螺旋外径之间的距离为5mm,螺旋的厚度为3mm,螺旋的生产率为2.4kg/s,风机叶轮的内径为0.28m,设计叶轮和风机外壳的间距为0.018m,叶轮径宽为0.164m。风机输送系统中风机的转速n为2100r/min,在实际工况下考虑各种损耗和因素影响,风机的转速设计为2200r/min。设计了防震的大型刮板覆土装置,能完成实际覆土量的覆土工作。镇压装置的设计采用常见的镇压辊设计,使用镇压筒套的直径为400mm,镇压的宽度为600mm。(3)运用Matlab对玉米秸秆灭茬深埋还田机关键部件进行仿生设计,确定了仿生开沟刀的仿生部正切刃的锯齿状设计比例,分析理论刀尖运动轨迹,确定了整个仿生开沟装置的回转半径为300mm,安装角为32°等关键设计参数。并使用EDEM软件对仿生开沟装置的田间工作状况进行仿真模拟,得到仿生开沟装置相对于普通开沟装置有一定的减阻降耗效果,并针对仿真模拟现象进行实际土槽验证试验,试验结果表明,仿生设计的开沟刀相对于普通开沟刀可以降低阻力9.48%左右。(4)通过田间试验采用三因素五水平二次旋转正交试验的设计方法进行23次田间试验,得到各因素对秸秆深埋率的影响主次顺序依次为:秸秆覆盖率>开沟深度>机具前进速度,各因素对机具工作效率的影响主次顺序依次为机具前进速度>开沟深度>秸秆覆盖率,并进行回归计算在深埋率权重为0.7、工作效率权重为0.3时得到理论最佳工作参数为机具前进速度为1.63 m/s,开沟装置开沟深度为27.97 cm,地表秸秆覆盖量为34054kg/hm,当工作参数为上述条件时,秸秆深埋率为90.491%,工作效率为0.54 hm/h。其优化后参数符合秸秆深埋技术要求。

关键词：秸秆深埋还田旱地合理耕层仿生 EDEM仿真分析正交试验

气力式1JH-2型秸秆深埋还田机设计与试验

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农业工程学报 2018年第14期34卷 10-18页

作者：田阳林静李宝筏张桐嘉齐林王佳琦沈阳农业大学工程学院沈阳110866

针对东北黑土区合理耕层构建秸秆深埋还田的技术要求,实现虚实并存合理耕层结构,研制了气力式1JH-2型秸秆深埋还田机,能够一次完成破茬、秸秆捡拾粉碎、开沟碎土、行间深松、秸秆深埋、覆土镇压等功能。机具主要由传动系统、破茬装置、... 详细信息

针对东北黑土区合理耕层构建秸秆深埋还田的技术要求,实现虚实并存合理耕层结构,研制了气力式1JH-2型秸秆深埋还田机,能够一次完成破茬、秸秆捡拾粉碎、开沟碎土、行间深松、秸秆深埋、覆土镇压等功能。机具主要由传动系统、破茬装置、捡拾粉碎装置、气力输送装置、开沟装置、覆土装置、镇压装置等组成。其关键部件是气力输送装置,应用离散元气固耦合数值模拟法对秸秆在气力气力输送装置中不同转速下的运动过程进行了数值模拟研究,得到了秸秆和气流输送气固耦合的运动规律。正交试验结果表明,机具运行最优参数组合为开沟装置转速215 r/min,风机转速1 850 r/min,机具作业速度3.0 km/h。田间试验表明,在最优参数组合条件下,秸秆深埋率为94%,秸秆粉碎合格率为94.2%,碎土率为95.4%,满足了东北黑土区秸秆深埋还田技术指标要求,为秸秆深埋还田机的改制和评价提供参考。

关键词：农业机械计算机仿真设计深埋还田合理耕层试验

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深松灭茬旋耕起垄联合作业机设计与试验

农业机械学报 2019年第2期50卷 28-39页

作者：林静张桐嘉陈彬韩巍吕秋立王佳琦沈阳农业大学工程学院沈阳110866 沈阳农业大学土地与环境学院沈阳110866

针对辽宁省西部褐土区常年降水量低,蒸发量较大,土壤干旱严重,严重影响作物产量问题,设计了1MXQ-4型灭茬旋耕起垄联合作业机,主要由深松装置、灭茬旋耕装置、起垄装置和镇压装置等组成。机具可一次完成深松、灭茬、旋耕、培垄和镇压等... 详细信息

针对辽宁省西部褐土区常年降水量低,蒸发量较大,土壤干旱严重,严重影响作物产量问题,设计了1MXQ-4型灭茬旋耕起垄联合作业机,主要由深松装置、灭茬旋耕装置、起垄装置和镇压装置等组成。机具可一次完成深松、灭茬、旋耕、培垄和镇压等多项联合作业,实现垄沟垄台互换功能。通过对其关键部件灭茬旋耕装置的动力学分析确定了灭茬装置回转半径R为300 mm,入土深度H为8 cm,最小转速n为210 r/min。按犁体曲面的几何元线法设计原理,元线角θ按抛物线规律变化,绘制起垄铲工作曲面,确定起垄装置结构参数。通过土槽模拟土粒运动轨迹的木块试验,得出曲面楔子型培土器工作性能优于平面楔子型培土器,实现了垄台垄沟互换功能。通过三因素五水平试验,得出各因素对试验指标起垄最大高度影响主次顺序为机具前进速度、工作深度、秸秆覆盖量;各因素对工作阻力影响的主次顺序为秸秆覆盖量、工作深度、机具前进速度。利用Design-Expert软件对机具工作参数求解和实际工作验证得到最佳作业参数:机具前进速度为6 km/h,工作深度为22. 2 cm,起垄最大高度为24. 05 cm,工作阻力为12. 08 kN。满足了辽宁省西部褐土区所需的垄台垄沟互换耕作的土壤合理耕层构建技术指标要求。

关键词：灭茬深松起垄机样板曲线元线角正交试验

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秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验

农业机械学报 2018年第S1期49卷 50-59,67页

作者：林静张桐嘉田阳高文英齐林李宝筏沈阳农业大学工程学院沈阳110866

为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力... 详细信息

为解决秸秆深埋还田工作中开沟深度不够、深埋率低、开沟阻力大等问题,对自行研制的气力式秸秆深埋还田机的开沟装置进行了优化设计。提出一种仿螳螂前端足曲线的秸秆开沟刀参数优化设计,利用阿基米德等进螺线设计的侧切刃具有滑切能力,可切割土壤完成开沟作业。利用Matlab对螳螂前端足进行二值化、膨胀、边缘坐标处理得到仿生开沟刀,使用离散元软件EDEM对设计出的仿生开沟刀和普通开沟刀进行仿真对比,并对仿真结果进行土槽试验验证。试验分析结果表明,相比于普通开沟刀,仿真开沟刀在开沟过程中可减少9. 48%的阻力。利用Design-Expert 8. 0软件的二次正交旋转组合试验设计结合响应面法,分别建立秸秆深埋率和工作效率与机具前进速度、秸秆深埋深度和秸秆覆盖量的回归数学模型。通过分析表明,各因素对秸秆深埋率的影响由大到小依次为:秸秆覆盖量、秸秆深埋深度、机具前进速度;各因素对工作效率的影响由大到小依次为:机具前进速度、秸秆深埋深度、秸秆覆盖量;交互作用中,秸秆深埋深度和秸秆覆盖量、机具前进速度与秸秆覆盖量对工作效率影响显著。经过优化求解,在深埋率权重为0. 7、工作效率权重为0. 3的情况下得到开沟装置最佳工作参数,在机具前进速度为1. 63 m/s、秸秆深埋深度为27. 97 cm、秸秆覆盖量为340. 54 kg/hm2时,秸秆深埋率为90. 491%,工作效率为5. 4 hm2/h。

关键词：秸秆深埋还田仿生图像处理仿真模型试验设计

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微探家长开放日活动新路径

早期教育（幼教·教育教学） 2016年第4期 30-31页

作者：张桐嘉无锡市震泽实验幼儿园

随着时代的发展和社会的进步，“父母是孩子的第一任老师”“父母是孩子的终身老师”的观点已被人们广泛认同。如何帮助广大家长树立正确的育儿观；如何开发家长参与幼儿园教育教学管理；如何满足家长对优质学前教育资源的各种需求等等... 详细信息

随着时代的发展和社会的进步，“父母是孩子的第一任老师”“父母是孩子的终身老师”的观点已被人们广泛认同。如何帮助广大家长树立正确的育儿观；如何开发家长参与幼儿园教育教学管理；如何满足家长对优质学前教育资源的各种需求等等，就此达成教育共识，形成教育合力，既是幼儿园应尽的责任和义务，同时也是摆在幼儿园管理人员面前的一个长期的、重要的、基本的研究课题。

关键词：家长参与开放日活动路径教育教学管理责任和义务幼儿园教育资源教育合力

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基于优化高斯模型的井下空气质量分析

煤炭技术 2016年第5期35卷 241-242页

作者：滕延芹张桐嘉张宾花山东科技大学山东青岛266590

将高斯扩散模型引入到矿井空气的评价工作中,并对该模型进行改进,建立了优化的高斯扩散模型。最后,基于已建立的模型,运用MATLAB对1 d内不同时间矿井空气的污染物含量进行模拟。

关键词：井下空气污染物高斯扩散模型多污染源

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加装新型仿形加载机构免耕播种机的动态模拟

干旱地区农业研究 2018年第1期36卷 288-294页

作者：林静钱巍李宝筏孟凡成何倍倍齐林张桐嘉沈阳农业大学工程学院辽宁沈阳110866

为保证播种深度稳定,提高播种质量,通过对加装两种不同仿形加载机构的免耕播种机开沟深度和弹簧形变量时域分析,建立了传递函数。作业速度为5 km·h^(-1)时,新型仿形加载机构的弹簧形变量均值与变异系数分别为0.26 cm、38.5%,验证了免... 详细信息

为保证播种深度稳定,提高播种质量,通过对加装两种不同仿形加载机构的免耕播种机开沟深度和弹簧形变量时域分析,建立了传递函数。作业速度为5 km·h^(-1)时,新型仿形加载机构的弹簧形变量均值与变异系数分别为0.26 cm、38.5%,验证了免耕播种机系统为欠阻尼衰减振动系统,阻尼比为0.62;系统响应时间与最大超调量比原仿形加载机构分别减少18%、32%,其结果比原仿形加载机构系统平稳性好,有利于免耕播种机开沟深度稳定。

关键词：免耕播种机仿形加载机构动态模拟传递函数

面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法

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制造技术与机床 2022年第4期 132-139页

作者：刘忠强马嵩华胡天亮张桐嘉段岳飞山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061

为了提高立体视觉结构光三维重建系统的精度,提出了一种面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法,该方法分为误差标定、误差建模和误差补偿三部分。首先,提出一种新的误差标定方法,将立体视觉结构光系统的测量空间划分为离散... 详细信息

为了提高立体视觉结构光三维重建系统的精度,提出了一种面向立体视觉结构光三维重建系统的点云误差补偿方法,该方法分为误差标定、误差建模和误差补偿三部分。首先,提出一种新的误差标定方法,将立体视觉结构光系统的测量空间划分为离散的特征点并标定了整个空间内特征点的误差;然后,提出了基于神经网络的误差建模方法,建立起该空间的误差模型;最后,提出了适用于立体视觉结构光系统的点云误差补偿方法,将建立的误差模型用于误差补偿。实验表明文章提出的误差补偿方法平均减少了51.96%的直径误差和14.16%的球心距误差,精度提升效果明显。从而,验证了该算法的有效性和可行性。

关键词：立体视觉结构光系统误差补偿三维重建

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