水稻整秆深埋还田装置设计与试验研究

农作物秸秆中富含有益元素和有机质等,是一种丰富的可再生生物资源。秸秆机械化直接还田不仅培肥地力、提高农作物产量、降低环境污染,而且争抢农时、减轻劳动强度。将水稻整秆深埋至水稻根系生长层以下一定土层深度中,可避免被还田的粉碎秸秆在作物根系生长层含量过高而影响水整地与插秧作业及作物生长等问题;提高土壤温度及蓄水性能、增加土壤养分、促进作物生长。机械化水稻整秆深埋还田技术是对机械化还田和水稻整秆深埋的巧妙结合,该技术集成了众多优点,是处理水稻秸秆的一种新型高效的技术手段。但现阶段,国内外适合水稻整秆进行深埋还田作业的机具和相关理论技术的研究甚少,适合我国耕地环境使用的作业机具更是少之又少,因此研制和开发相关机具是非常必要的。水稻整秆深埋还田装置的研究就是在此背景下进行开展的。本研究通过查阅大量相关文献,对国内外秸秆还田机具的发展趋势和现存问题进行深入分析。根据研究需要,对水稻整秆深埋还田装置的结构和工作原理进行详尽介绍,结合理论分析、计算机优化与仿真及试验研究等方法对其进行了深入的研究,在技术可行性和装置结构合理性的前提下,配置和优化水稻整秆深埋还田试验台架及整机,并进行相关试验验证。主要开展以下研究工作:(1)从理论上对水稻整秆深埋还田的作业方式、还田刀具运动轨迹方程进行分析并建立数学模型,分析反转旋耕类机具功率消耗的影响因素,为水稻整秆深埋还田装置各部件的设计与进一步研究和改进奠定理论基础。(2)对还田装置进行设计,阐述该装置工作机理。为满足水稻整秆深埋还田技术要求,通过理论分析确定还田刀具各部刃口曲线参数与外形结构、刀辊直径、刀片与滚筒连接方式、刀片排列与间距,建立各部件仿真模型并进行计算机仿真分析与优化。(3)以农业耕作土壤物理参数为数据,利用离散元素法建立土壤颗粒模型,运用离散元仿真软件EDEM对建立的仿真模型进行虚拟仿真性能验证试验,分析机具作业后模拟的土壤粒子运动趋势和及其分布情况;根据优化结果设计水稻整秆深埋还田试验台架。(4)在室内土槽试验台上进行水稻整秆深埋还田台架试验,探讨试验机组运行速度和还田刀辊转速对牵引机具功耗和秸秆还田率的影响。应用Design-Expert软件对试验数据进行处理和分析,找到满足性能指标的最佳因素组合。(5)在验证了技术的可行性以及试验台架配置的合理性的条件下,根据台架试验获得的最佳因素组合设计满足拖拉机作业幅宽的水稻整秆深埋还田机,并进行田间性能验证试验。通过试验数据分析得出水稻整秆深埋还田机在不同作业时间、环境下,工作性能稳定、效果良好、适应性强、满足农艺要求。