2BMF J-3型麥茬在免耕覆秸大豆精密播種機(jī)的研究.pdf

1、我國黃淮海一年兩熟地區(qū)，冬小麥產(chǎn)量高，收獲后大量的秸稈、根茬殘留田間，而且沒有休閑腐解過程，給下茬作物的播種造成很大難度。由于缺少適合的免耕播種機(jī)具，“三夏”時(shí)節(jié)，為搶農(nóng)時(shí)和降低生產(chǎn)成本，于是產(chǎn)生了秸稈焚燒問題。針對這一現(xiàn)狀，本研究根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的迫切需求，設(shè)計(jì)一種新型的麥茬地免耕覆秸大豆精密播種機(jī)，并對其進(jìn)行深入的理論分析和系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，理想地解決了堵塞問題，提高了作業(yè)質(zhì)量，降低了作業(yè)成本，為保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了有效的裝備

2、技術(shù)支撐，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　 (1)清秸覆秸裝置的設(shè)計(jì):對清秸覆秸刀齒進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了刀齒端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡方程和速度方程;分析影響刀齒切茬節(jié)距的主要因素，建立了切茬節(jié)距與影響因素之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，確定刀齒的主要結(jié)構(gòu)參數(shù);確定了刀齒合理的排列方式，完成了刀齒總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和刀齒的總體布置方案;找出了滿足刀齒總成切茬節(jié)距均勻性的條件，并建立了衡量清秸覆秸裝置輸送秸稈參數(shù)性能的數(shù)學(xué)方程;通過秸

3、稈拋撤運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，建立了秸稈運(yùn)動(dòng)軌跡方程。
　　 (2)清秸覆秸裝置參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn):采用四因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，以機(jī)組作業(yè)速度、刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒排布、覆秸控制板角度為影響因素，以清秸覆秸裝置的秸稈清除率、根茬清除率、覆秸均勻度、覆秸寬度為目標(biāo)函數(shù)，尋求清秸覆秸裝置的最優(yōu)結(jié)構(gòu)與作業(yè)參數(shù)組合及各因素對指標(biāo)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:最優(yōu)結(jié)構(gòu)與參數(shù)組合為機(jī)組作業(yè)速度3.6～4.5km/h，刀軸轉(zhuǎn)速400r/min，刀齒排布4-3-4，

4、覆秸控制板角度75°，此時(shí)秸稈清除率90.82％～92.36％，根茬清除率92.13‰～93.79％，覆秸均勻度14.88～15.13，覆秸寬度2.97～3.01m。
　　 四因素對秸稈清除率影響的主次關(guān)系為:刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒排布、機(jī)組作業(yè)速度、覆秸控制板角度;對根茬清除率影響的主次關(guān)系為:刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒排布、機(jī)組作業(yè)速度、覆秸控制板角度;對覆秸均勻度影響的主次關(guān)系為:覆秸控制板角度、刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒排布、機(jī)組作業(yè)速度;對覆秸寬度影

5、響的主次關(guān)系為:覆秸控制板角度、刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒排布、機(jī)組作業(yè)速度。
　　 (3)清秸覆秸裝置關(guān)鍵部件有限元分析:采用模塊化設(shè)計(jì)原理，應(yīng)用SolidWorks軟件建立了虛擬樣機(jī)，并采用ANSYS Workbench軟件分別對清秸覆秸刀齒和機(jī)架進(jìn)行了靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，結(jié)果表明:刀齒最大應(yīng)力為497MPa，小于刀齒材料的最大許用應(yīng)力667MPa，能夠滿足強(qiáng)度要求;各激振源的振動(dòng)頻率與機(jī)架固有頻率不發(fā)生重合，機(jī)架不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，設(shè)

6、計(jì)的機(jī)架能夠滿足實(shí)際作業(yè)對剛度和強(qiáng)度的要求。
　　 (4)播種單元體及施肥裝置設(shè)計(jì):根據(jù)生產(chǎn)條件和農(nóng)藝要求，設(shè)計(jì)了播種、施肥裝置的關(guān)鍵部件;采用單因素對比試驗(yàn)方法，以作業(yè)速度為影響因素，以粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)和變異系數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，對三種機(jī)械式大豆精密排種器進(jìn)行選型試驗(yàn)。按照國標(biāo)GB/T6973-2005《單粒（精密）播種機(jī)試驗(yàn)方法》測試要求，對排種性能進(jìn)行評價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果表明:在作業(yè)速度3～6 km·h-1、理論粒距8

7、cm條件下，勺輪式排種器的排種性能優(yōu)于垂直窩眼輪式與垂直圓盤勺式排種器，其合格指數(shù)87.8％～98.9％，重播指數(shù)0.5％～1.1％，漏播指數(shù)低于12％，變異系數(shù)小于16％。
　　 (5)田間作業(yè)功耗試驗(yàn):采用三因素五水平正交旋轉(zhuǎn)中心組合設(shè)計(jì)方法，以機(jī)組作業(yè)速度、刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒切茬深度為影響因素，以功耗、燃油消耗率、滑轉(zhuǎn)率為目標(biāo)函數(shù)，尋求整機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳的作業(yè)參數(shù)組合及各因素對指標(biāo)的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明:最佳作業(yè)參數(shù)組合為作

8、業(yè)速度4.2～4.6km/h、刀軸轉(zhuǎn)速370～420r/min、刀齒切茬深度20mm，此時(shí)機(jī)組功耗18～20kW，燃油消耗率低于0.46，滑轉(zhuǎn)率小于15％，且本機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳的配套動(dòng)力為20～22.22kW。三因素對功耗影響的主次關(guān)系為:刀軸轉(zhuǎn)速、刀齒切茬深度、機(jī)組作業(yè)速度;對燃油消耗率影響的主次關(guān)系為:刀齒切茬深度、機(jī)組作業(yè)速度、刀軸轉(zhuǎn)速;對滑轉(zhuǎn)率影響的主次關(guān)系為:刀齒切茬深度、刀軸轉(zhuǎn)速、機(jī)組作業(yè)速度。
　　 (6)田間性能

9、試驗(yàn):依據(jù)《免耕播種機(jī)選型試驗(yàn)大綱》和免耕播種機(jī)性能檢測項(xiàng)目與檢測方法對樣機(jī)進(jìn)行田間性能試驗(yàn)，并根據(jù)中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T51017-1999《中耕作物精密播種機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量分等》對作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行評定。結(jié)果表明:在作業(yè)速度4.5km/h，理論粒距6cm和8cm，理論播深3～5cm條件下，粒距合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)、變異系數(shù)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)等品要求水平，播深合格率達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)一等品要求水平;當(dāng)清秸覆秸刀齒切茬深度20～30mm

10、時(shí)，機(jī)具只發(fā)生一次輕微堵塞，播后地表秸稈覆蓋率達(dá)98％以上:無晾籽現(xiàn)象發(fā)生，田間出苗率高達(dá)90％以上。
　　 (7)生產(chǎn)考核:為檢驗(yàn)樣機(jī)在大面積作業(yè)條件下的播種質(zhì)量、適應(yīng)性及可靠性等指標(biāo)，在河南許昌、北京順義兩地對其進(jìn)行田間生產(chǎn)試驗(yàn)，結(jié)果表明:平均生產(chǎn)率為3.9mu/h，平均可靠性系數(shù)為0.955;與傳統(tǒng)播種方式相比，平均單株粒數(shù)增加3粒，平均畝株數(shù)增加6668.5株，千粒重增加39.9g，平均實(shí)際畝產(chǎn)量增加141.15kg;節(jié)