玉米秸秆捡拾粉碎沟埋还田机研究

农作物秸秆是农业生产系统中的重要副产品,既是一项重要的生物资源,也是耕地的营养源,采用秸秆还田有利于提升耕地质量,实现可持续农业发展。针对我国玉米种植区地表秸秆量大、影响后期耕播作业的问题,以降低表层秸秆含量、改善全耕层土壤有机质状况出发,设计了一种秸秆捡拾粉碎沟埋还田机。主要研究成果包括:(1)针对提出的秸秆捡拾粉碎沟埋还田技术方案,通过文献分析与虚拟装配设计,提出了弹齿上抛秸秆、动定刀支撑粉碎秸秆、挡草板调控秸秆掩埋比例、抛送板抛送秸秆以及顺序开沟、落草、覆土掩埋等关键匹配设计方案。(2)依据捡拾玉米长秸秆或整株玉米秸秆的技术要求,分析确定了捡拾弹齿在每个阶段的摆动姿态与运动规律,在此基础上建立了导向滑道模型,并确定了弹齿上抛秸秆的条件。通过仿真分析优化,确定了捡拾装置的结构参数和工作参数。(3)论文完成了动定刀支撑切割粉碎装置的参数设计,并在流体力学分析软件Fluent中建立了粉碎腔内气流流场分析模型,获得了气流流场的基本特征。通过气流测试试验验证了利用Fluent软件对粉碎腔气流流场进行模拟分析的方法是正确可信的。研究发现,粉碎腔入口处与出口处均出现了涡流现象,且其涡流强度随转速的增加而增强,这将对秸秆的进入与抛出产生影响。采用折线形壳体能够使靠近壁面的气流速度和压力剧烈变化,从而改变粉碎过程中秸秆的运动状态,能在一定程度上延长秸秆在腔内停留的时间,从而提高秸秆的粉碎程度。(4)运用离散元素法分析了碎秸秆物料在送埋装置内的运动规律,通过改变抛送板叶片倾角、旋转轴转速和喂入量,利用EDEM软件进行模拟分析,得出抛送板叶片角度为0°、旋转速度为180r/min时,抛送板的整体抛送性能较好,送埋装置能够在喂入量为设计值(1.1kg/s)1.5倍范围内变化条件下正常工作。(5)田间试验表明在不同秸秆掩埋比例条件下整机工作性能稳定,秸秆粉碎长度合格率为92.6%,开沟深度稳定性为95%,秸秆入沟率与设定掩埋比例间的偏差在10%范围内,覆土层平均厚度为94.9mm,各项技术指标基本满足技术要求,达到预期设计目标。