多功能秸秆还田机设计及其秸秆深施装置性能的试验研究

【摘要】：近年来,我国东北地区水土流失问题日益严重,致使耕地黑土层变薄,土壤肥力与蓄水保墒能力降低,耕地日益贫瘠,粮食产量不断减少,威胁国家粮食生产安全。同时,我国年秸秆产量丰富,但是秸秆的利用率较低,大部分秸秆用于废弃和焚烧,不仅造成了资源的浪费,还造成了环境的严重污染。秸秆还田具有增加土壤养分含量、改善土壤物理性状、提高土壤微生物和酶的活性、增加粮食产量等作用,可以增强土壤蓄水保墒能力,减少水土流失有效解决因秸秆废弃焚烧造成的环境污染问题,同时秸秆还田还对保护生态环境、实现农业的可持续发展具有十分重要的意义。 针对解决我国东北黑土区水土流失严重、秸秆焚烧污染环境等问题,结合农机、农艺的要求研发设计了多功能秸秆还田机,该机主要包括秸秆捡拾装置、秸秆喂入装置、秸秆切碎装置、根茬粉碎装置、秸秆深施装置等,可一次进地完成秸秆捡拾、秸秆切碎、根茬粉碎和秸秆深施作业,并针对其秸秆深施装置的性能进行试验研究。 设计的过程中结合了运动分析、动力分析和计算机辅助设计等方法。整机的传动系统采用机械传动与液压传动相结合的方式,控制系统采用机-电-液一体化的控制方式,整机的动力源为75kW的柴油机,作业速度为4～6km/h,适用于东北地区垄作和平作耕地作业,垄作作业时作业幅宽为3垄(垄距600～700mm)；整机的秸秆捡拾装置采用三链条双抓取式捡拾装置,捡拾幅宽1350mm；秸秆喂入装置采用两对喂入辊喂入形式,每对喂入辊直径分别为150mm和180mm,喂入辊线速度为2.85m/s；秸秆切碎装置的切碎器采用平板滚刀式切碎器,切碎滚筒转速1480r/min,秸秆切碎长度为10～30mm；根茬粉碎装置的灭茬刀辊转速404r/min,灭茬深度8～12cm；秸秆深施深度为20-35cm,秸秆深施量可通过控制深施装置输送螺旋的转速进行调整。 秸秆深施装置作为整机的关键装置,其性能直接影响秸秆深施还田作业的质量和作业效率。为进一步优化和设计秸秆深施装置结构、选择合适的秸秆深施作业参数,选择深施螺旋转速、秸秆切碎长度、秸秆含水率和输送管径为考察因素,选择秸秆深施装置输送的秸秆体积流量即秸秆深施量为试验指标进行试验研究。研究结果表明：秸秆深施量随秸秆含水率和秸秆切碎长度的增大逐渐减小,随深施螺旋转速、输送管径的增大而增大；且四个因素对秸秆深施量影响程度从大到小依次为输送管径、秸秆长度、秸秆含水率和深施螺旋转速。 论文以多功能秸秆还田机设计为主,对其主要工作装置进行结构设计并确定其工作参数。通过对整机的设计、分析研究以及对其秸秆深施装置的性能试验研究,得到影响整机性能的一些作业参数,为合理使用该机提供技术指导,也为研发人员设计新型多功能秸秆还田机提供新的思路,对提高秸秆还田机综合性能的研究有着借鉴的价值。 【关键词】：秸秆还田 多功能秸秆还田机 捡拾切碎装置 灭茬装置 深施装置 性能试验
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S224.29
【目录】：

• CONTENTS6-10
• 摘要10-11
• Abstract11-13
• 1 引言13-23
• 1.1 研究的目的与意义13-15
• 1.1.1 土壤培肥13-14
• 1.1.2 粮食增产14
• 1.1.3 生态环境改善14-15
• 1.2 机械化秸秆还田技术及其国内外研究现状15-21
• 1.2.1 国内现状15-19
• 1.2.2 国外现状19-21
• 1.3 主要研究内容21-22
• 1.4 技术路线22-23
• 2 多功能秸秆还田机总体设计23-33
• 2.1 整体结构与工作原理23-24
• 2.2 传动系统设计24-26
• 2.2.1 秸秆捡拾喂入切碎传动系统设计24-25
• 2.2.2 秸秆深施传动系统设计25-26
• 2.3 控制系统设计26-28
• 2.4 动力匹配28-30
• 2.5 机架设计30-32
• 2.5.1 主机架设计30-31
• 2.5.2 后机架设计31-32
• 2.6 小结32-33
• 3 秸秆捡拾与喂入装置设计33-41
• 3.1 秸秆捡拾装置设计33-37
• 3.1.1 结构设计与工作原理33-34
• 3.1.2 捡拾过程运动分析34-36
• 3.1.3 受力分析36-37
• 3.1.4 主要结构参数和运动参数的确定37
• 3.2 秸秆喂入装置设计37-40
• 3.2.1 结构设计37-38
• 3.2.2 受力分析38-39
• 3.2.3 主要结构参数和运动参数确定39-40
• 3.3 小结40-41
• 4 切碎装置设计41-47
• 4.1 结构设计41-42
• 4.2 主要工作参数确定42-43
• 4.2.1 切碎滚筒转速的确定42-43
• 4.2.2 定刀配置高度43
• 4.3 动刀的受力和有限元分析43-46
• 4.3.1 动刀的受力分析43-45
• 4.3.2 动刀的有限元分析45-46
• 4.4 小结46-47
• 5 根茬粉碎装置设计47-54
• 5.1 灭茬刀辊结构设计47-49
• 5.1.1 灭茬刀设计47-48
• 5.1.2 刀盘设计48-49
• 5.2 灭茬刀运动学分析49-51
• 5.2.1 灭茬刀运动轨迹方程49
• 5.2.2 灭茬刀切削速度49-50
• 5.2.3 灭茬刀切削加速度50-51
• 5.3 灭茬装置工作参数的确定51
• 5.3.1 刀辊转速51
• 5.3.2 切土节距51
• 5.4 灭茬刀仿真分析51-53
• 5.4.1 仿真过程52
• 5.4.2 仿真结果分析52-53
• 5.5 小结53-54
• 6 秸秆深施装置性能的试验研究54-60
• 6.1 试验54-55
• 6.1.1 试验仪器和设备54
• 6.1.2 试验材料54-55
• 6.1.3 试验设计55
• 6.2 结果与分析55-59
• 6.2.1 方差分析55-56
• 6.2.2 不同试验因素对秸秆深施量的影响56-58
• 6.2.3 多元线性回归分析58-59
• 6.3 讨论59
• 6.4 小结59-60
• 7 结论60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文67

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