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适配免耕播种单体的清秸装置改进设计与试验

农业机械学报 2023年第7期54卷 111-122页

作者：侯守印纪张驰薛东辉王星冯斌杰陈海涛东北农业大学工程学院哈尔滨150030 黑龙江省主要农作物生产机械化材料化技术创新中心哈尔滨150030 黑龙江东方学院机电工程学院哈尔滨150066

地表秸秆覆盖免耕播种具有蓄水保墒、提高土壤肥力、改良土壤结构、控制土壤侵蚀、降低生产成本和提高作物产量等社会、生态和经济效益。针对现有同位仿形免耕播种单体在重度秸秆覆盖、高速作业条件下,清秸装置作业质量差、工作效率低问... 详细信息

地表秸秆覆盖免耕播种具有蓄水保墒、提高土壤肥力、改良土壤结构、控制土壤侵蚀、降低生产成本和提高作物产量等社会、生态和经济效益。针对现有同位仿形免耕播种单体在重度秸秆覆盖、高速作业条件下,清秸装置作业质量差、工作效率低问题,改进设计了一种具有秸秆轴向加速推送功能的清秸装置。阐明了清秸装置清理秸秆机理,完成了关键部件清秸轮和助推螺旋设计,确定了影响其工作性能主要参数及取值范围。采用二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、工作偏角、螺旋升角、螺旋叶片数为试验因素,清秸率和工作阻力为性能评价指标,在构建的EDEM-ADAMS联合仿真试验平台上实施参数组合优化试验,结果表明:各因素对清秸率影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角;各因素对工作阻力影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角。应用Design-Expert软件对试验结果进行参数组合优化,当螺旋升角为40°、螺旋叶片数为4、作业速度为7.5~10.7 km/h、工作偏角为20.0°~32.5°时,清秸率大于85%,工作阻力小于110 N。在作业速度8、9、10 km/h条件下,对螺旋升角40°、螺旋叶片数4、工作偏角30°的清秸装置进行田间性能试验,得到清秸率大于82%,工作阻力小于112 N,表明仿真试验结果可信,在作业速度10 km/h条件下相对未优化清秸装置清秸率提高33.5%、工作阻力无显著性差异。

关键词：免耕播种机清秸装置 EDEM-ADAMS联合仿真设计试验

弹齿式清秸装置防止残茬回带机构设计与试验优化

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农业机械学报 2019年第4期50卷 84-91页

作者：史乃煜陈海涛王星柴誉铎王洪飞侯守印东北农业大学工程学院哈尔滨150030

为解决2BMFJ系列玉米免耕播种机清秸装置侧向抛撒残茬时,清秸工作部件残茬回带和动土量较大问题,设计了一种弹齿式清秸装置防止残茬回带机构,通过理论分析确定关键部件主要结构参数,应用三因素三水平正交试验法,以机具作业速度、清秸弹... 详细信息

为解决2BMFJ系列玉米免耕播种机清秸装置侧向抛撒残茬时,清秸工作部件残茬回带和动土量较大问题,设计了一种弹齿式清秸装置防止残茬回带机构,通过理论分析确定关键部件主要结构参数,应用三因素三水平正交试验法,以机具作业速度、清秸弹齿与带轮圆周外法线方向后偏角和主动带轮转速为试验因素,以残茬清除率和残茬回带率为评价指标,对影响清秸装置性能的结构与作业参数进行试验与优化研究,试验结果表明:在机具作业速度2. 0 m/s,弹齿与带轮圆周外法线方向后偏角30°,主动带轮转速450 r/min时,残茬清除率95. 5%、残茬回带率1. 38%。该机构在保证作业幅内残茬清除质量的同时,可有效减少残茬回带,为2BMFJ系列原茬地免耕播种机高质量种床准备、提高防堵性能提供了技术支撑。

关键词：玉米免耕播种机清秸装置残茬回带弹齿

2BMFJ系列免耕精量播种机清秸装置优化与试验

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农业机械学报 2016年第7期47卷 96-102页

作者：陈海涛查韶辉顿国强从光波李昂冯夷宁东北农业大学工程学院哈尔滨150030

针对2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机作业过程中,清秸装置所引起的振动强度较大、功耗较大、作业速度较慢等问题,在机收后的小麦原茬地条件下,采用四因素三水平正交试验方法,选择每盘刀齿数、刀盘排布方式、作业速度、刀盘转速为影... 详细信息

针对2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机作业过程中,清秸装置所引起的振动强度较大、功耗较大、作业速度较慢等问题,在机收后的小麦原茬地条件下,采用四因素三水平正交试验方法,选择每盘刀齿数、刀盘排布方式、作业速度、刀盘转速为影响因素,以机组通过性、振动强度、当量功耗、当量燃油消耗率为评价指标,对影响清秸装置性能的结构与作业参数进行了优化试验研究。结果表明:在每盘刀齿数4、刀盘排布方式3-2-3、作业速度5.4km/h和刀盘转速300 r/min时,清秸装置未发生堵塞,振动强度为134.48 m/s^2,当量功耗为4.58 k W,当量燃油消耗率为159.22 m L/(k W·h)。较优化前的机具,振动强度降低31.74%,当量功耗降低22.11%,作业速度提高20%。

关键词：免耕精量播种机清秸装置优化试验

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免耕播种机液压驱动弹齿式清秸装置设计

农业科技与装备 2022年第6期 30-32页

作者：魏传省尤晓东张旭辽宁省农业机械化研究所沈阳110161

为提高免耕播种机的苗带秸秆清理效果,设计一种液压驱动弹齿式清秸装置。概述其工作原理和结构组成,对弹齿清秸部件进行运动学分析,确定主要结构参数。试验表明,该装置可在播种作业时对苗带区秸秆进行有效清理,弹齿清秸部件转速高,拨草... 详细信息

为提高免耕播种机的苗带秸秆清理效果,设计一种液压驱动弹齿式清秸装置。概述其工作原理和结构组成,对弹齿清秸部件进行运动学分析,确定主要结构参数。试验表明,该装置可在播种作业时对苗带区秸秆进行有效清理,弹齿清秸部件转速高,拨草及防缠能力有所增强,但尚需规模化试验,以进一步验证不同播种作业速度下的防堵效果。

关键词：免耕播种机弹齿清秸装置苗带清理

单驱双动式免耕播种机清秸防堵装置设计与试验

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单驱双动式免耕播种机清秸防堵装置设计与试验

作者：李鑫山东理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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°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。

关键词：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

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玉米秸秆残茬侧向抛出动力学模型建立与试验

农业机械学报 2018年第5期49卷 76-83页

作者：陈海涛李昂史乃煜徐源东北农业大学工程学院哈尔滨150030

针对目前国内外免耕播种机及秸秆回收机均只能实现单一作业工序的现状,为实现2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机增设秸秆同步回收装置,通过综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素,分析了被2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机清... 详细信息

针对目前国内外免耕播种机及秸秆回收机均只能实现单一作业工序的现状,为实现2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机增设秸秆同步回收装置,通过综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素,分析了被2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机清秸装置抛出机组侧向的秸秆的空间运动轨迹,对秸秆被侧向抛出过程进行动力学分析,建立了含有修正系数的秸秆被侧向抛出的动力学模型及秸秆空间运动轨迹的参数化方程,并利用高速摄影技术,通过三因素五水平二次回归正交中心组合试验建立了修正系数回归模型。利用秸秆侧向抛出动力学模型,对秸秆回收装置与清秸装置进行匹配,并进行了田间试验,结果表明:平均秸秆回收率为91.21%,不清洁度为6.08%。

关键词：玉米秸秆免耕播种机清秸装置动力学模型中心组合试验

2BMQ-4型玉米清垄免耕施肥精密播种机的设计

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河北农业大学学报 2018年第2期41卷 116-121页

作者：李鑫籍俊杰刘江涛冯晓静河北农业大学机电工程学院河北保定071001 河北省农林科学院粮油作物研究所河北石家庄050035

为提高麦茬地夏玉米的播种质量,降低种带上麦茬堆积对播种机田间通过性能的影响和二点委夜蛾的危害,研制了一种新型的玉米清垄免耕施肥精密播种机。对清秸防堵装置采用条带粉碎和秸秆分流器的组合,施肥装置采用施肥深度可调,播种部件采... 详细信息

为提高麦茬地夏玉米的播种质量,降低种带上麦茬堆积对播种机田间通过性能的影响和二点委夜蛾的危害,研制了一种新型的玉米清垄免耕施肥精密播种机。对清秸防堵装置采用条带粉碎和秸秆分流器的组合,施肥装置采用施肥深度可调,播种部件采用齿轮箱调速、4杆仿形量可调和双勺轮式高速排种器相结合。根据播种机的播种要求,对该机具的田间通过性、秸秆粉碎效果、施肥深度、仿形效果和出苗率进行田间试验。试验结果表明,该机具通过性良好,种肥深度合格率93.3%以上,粉碎秸秆长度小于10cm的达到91%以上,出苗率超过85.37%,提高了播种质量,满足我国黄淮海一年两熟地区保护性耕作技术发展的需求。

关键词：保护性耕作清秸装置免耕施肥精密播种机

玉米原茬地免耕覆秸播种同步比例回收秸秆关键技术研究

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玉米原茬地免耕覆秸播种同步比例回收秸秆关键技术研究

作者：李昂东北农业大学

学位级别：硕士

2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机利用秸秆侧向抛出的原理,集成了原茬地种床整备、清秸防堵、精量播种、侧深施肥、覆土镇压、喷施药剂和秸秆均匀覆盖等多项功能于一体,一次进地完成原茬地高质量精密播种各项作业工序,实现了精耕细作... 详细信息

2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机利用秸秆侧向抛出的原理,集成了原茬地种床整备、清秸防堵、精量播种、侧深施肥、覆土镇压、喷施药剂和秸秆均匀覆盖等多项功能于一体,一次进地完成原茬地高质量精密播种各项作业工序,实现了精耕细作与保护性耕作瞬时动态融合,已成为保障原茬地玉米、大豆、花生等作物保护性播种的重要技术手段。秸秆还田量对粮食产量及土壤微生物均有显著影响,为实现免耕播种的同时按照科学的比例回收秸秆,以达到最佳秸秆还田量的目的,本研究设计了一种与2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机匹配的秸秆同步比例回收装置,并通过理论分析、数值模拟、试验研究相结合的方法,完成了系列关键技术研究。主要工作内容及取得的成果如下:（1）玉米秸秆侧向抛出动力学模型的建立:综合考虑空气阻力、土壤干涉及其他不可控因素对玉米秸秆空间运动轨迹的影响,对玉米秸秆被侧向抛出过程进行了动力学分析,建立了含有修正系数的玉米秸秆被侧向抛出动力学模型及玉米秸秆空间三维运动轨迹的参数化方程。利用高速摄影技术,通过三因素五水平二次回归正交中心组合试验分别建立了适用于联合收割机收获后玉米原茬地秸秆和人工收获后玉米原茬地秸秆的修正系数关于刀齿转速、刀刃倾角及机组前进速度的回归模型。验证试验结果表明,玉米秸秆空间各维度运动轨迹与理论值的相对误差在10.01%4.80%之间,相关系数R2在0.9347～0.9832之间。（2）玉米秸秆比例回收装置的设计:结合玉米秸秆侧向抛出动力学模型,确定了秸秆回收装置的主要结构及技术参数。确定了秸秆回收比例的调整原理,并对导流板进行了设计。通过对玉米秸秆回收装置叶片抛送秸秆的过程进行分步分析,建立了玉米秸秆回收装置的功耗模型,求解出玉米秸秆回收装置功耗为7.032 kW。由玉米秸秆回收装置功耗为初始条件,确定了液压马达、液压泵、溢流阀、节流阀的型号。（3）玉米秸秆回收装置流场分析:利用FLUENT软件,对玉米秸秆回收装置气流流场进行了数值模拟分析。通过瞬态求解分析方法,研究了轴向叶片的数量对气流流场的影响,轴向叶片数为1～5的秸秆出口气体流量均值分别为0.310 kg/s、0.317 kg/s、0.329 kg/s、0.339kg/s、0.334 kg/s,综合比较秸秆出口流量、最大气流速度以及流场分布均匀性选定轴向叶片数为4。通过稳态求解分析方法,研究了叶片长度、叶片轴向重叠长度、进气口直径三个因素对气流流场的影响。秸秆出口的气体流量与叶片长度、叶片轴向重叠长度、进气口直径均呈正相关关系。综合比较秸秆出口流量、最大气流速度以及流场分布均匀性可选定叶片长度为150 mm、轴向重叠长度为20 mm、进气口直径为140 mm。玉米秸秆回收装置台架试验的结果表明,实测值与数值模拟的分布规律基本一致,实测值较模拟值偏小且偏差范围在10%以内。（4）玉米秸秆回收装置关键部件有限元分析:利用Workbench软件,对叶轮分别进行了固有模态分析和基于流固耦合方法的预应力模态分析。在叶轮施加预应力后,预应力模态比固有模态低10%左右。叶轮模态以12阶次为一组,叶轮外部振源激振频率为140 Hz,此值与第12阶预应力振动模态的频率差值为14.7 Hz,在转速700 r/min下工作,叶轮不会因共振发生结构破坏而影响作业质量。（5）样机试制与田间性能试验:试验样机能将秸秆顺利回收;通过改变导流板安装角可以实现秸秆的不同回收比例,理论秸秆回收比例与秸秆回收率的相对误差为5.69%.49%,不清洁度的范围为6.08%6.32%。

关键词：清秸装置秸秆回收动力学模型数值模拟有限元分析

《农业机械学报》2019年(第50卷)1～12期总目次

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农业机械学报 2019年第12期50卷 I0002-I0017页