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基于离散元法的反旋秸秆还田机仿真优化及试验研究

基于离散元法的反旋秸秆还田机仿真优化及试验研究

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作者：高玉兰安徽农业大学

学位级别：硕士

秸秆还田具有培肥地力、蓄水保墒、省时省力的重要作用,是一种秸秆资源化、肥料化综合利用的最为直接有效的方式。反旋秸秆还田机具有秸秆还田、灭茬碎土效果好、整地质量高等优点,是稻麦轮作区秸秆机械化还田的主要机具。但目前市面上... 详细信息

秸秆还田具有培肥地力、蓄水保墒、省时省力的重要作用,是一种秸秆资源化、肥料化综合利用的最为直接有效的方式。反旋秸秆还田机具有秸秆还田、灭茬碎土效果好、整地质量高等优点,是稻麦轮作区秸秆机械化还田的主要机具。但目前市面上的反旋秸秆还田机存在壅土明显、缠草严重、能耗大等问题,本文从实际出发,通过理论分析和仿真试验,对传统反旋秸秆还田机进行改进,在原型旋耕刀基础上优化设计了适合反旋的刀片,并设计了一种防壅土部件和防缠草部件。通过田间试验验证了结构优化和仿真结果的可靠性,为反旋秸秆还田机的结构设计提供参考。主要完成工作总结如下:(1)根据反旋秸秆还田机存在功率消耗大、壅土明显、缠草严重的问题,对反旋秸秆还田机工作原理、旋耕刀的运动轨迹及结构参数进行分析,确定影响机具功率消耗和作业质量的主要因素为机组前进速度、刀辊转速以及刀具单刀工作宽幅、弯折角。(2)根据反旋方式的特点,刀具采用适合反旋灭茬的人字形排列方式。针对反旋秸秆还田机刀辊前方壅土严重以及刀轴、刀座缠草严重问题,在挡土罩下方设计一种防壅土部件和在刀座处安装一种防缠草滑切刀。根据所设计的反旋秸秆还田机工作幅宽等参数与侧边传动的优点,选择侧边传动作为反旋秸秆还田机的动力传动方式,并通过计算传动比确定配套动力。(3)基于离散元软件EDEM建立了反旋秸秆还田机的虚拟仿真模型,并进行仿真模拟还田作业,通过后处理模块分析反旋秸秆还田机作业时的扭矩值和耕后的作业质量。以旋耕刀单刀工作宽幅、弯折角、机组前进速度和刀辊转速为因素,以秸秆埋覆率和功耗值为考核指标,采用正交试验设计方法,进行4因素3水平优化仿真试验,并采用极差分析法和方差分析法得出最佳参数组合为单刀工作宽幅65mm,弯折角120°,前进速度1.1m/s,刀辊转速230r/min。(4)对优化后的反旋秸秆还田机开展田间作业对比试验,测定了机具的功率消耗和作业质量数据并进行对比分析。试验结果显示,装有防壅土部件、原型刀片的优化刀辊B与装有防壅土部件、优化刀片的优化刀辊C的平均功率消耗比无防壅土部件、装有原型刀片的原型刀辊A分别降低了 9.34%和14.0%,表明防壅土部件和优化刀具都起到降低能耗的效果。对试验刀辊的缠草情况进行分析,结果显示,一半安装滑切刀的刀辊几乎没有缠草,而另一半无滑切刀的刀辊缠草情况十分严重。在作业质量方面,A、B、C三组试验的耕深合格率(92%、92%和96%)、秸秆埋覆率(85.43%、89.06%和90.02%)、碎土率(85.08%、86.44%和85.77%)均符合试验要求和国家行业标准,优化刀辊B、C的作业质量明显优于原型刀辊A。

关键词：秸秆还田机反转旋耕旱地秸秆还田旋耕刀离散元法

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