甘蔗叶覆盖地深松机设计与试验研究

在南方甘蔗区保护性耕作条件下,由于甘蔗叶还田覆盖地表,现有深松机具出现甘蔗叶缠绕堵塞、拖堆、深松效果差、牵引阻力大等现象。因此,为了提高深松机具的工作性能和作业效果,本文通过分析南方甘蔗区保护性耕作技术发展现状及深松作业技术要求,利用理论分析和试验分析手段,基于分开型防堵技术,创新设计了适用甘蔗叶全量粉碎覆盖还田的深松机,实现间隔深松作业,提高通过性能,并将覆盖厚密甘蔗叶层的地表拨出透气带,促进甘蔗叶腐解。(1)结构设计与合理性检验根据深松机具和南方甘蔗区深松作业的技术要求,针对南方甘蔗区红壤土的强粘性特征,对凿形深松铲进行了受力分析,通过正交试验设计,确定了凿形深松铲的最佳结构参数组合:入土角为40°、铲柄刃口夹角为60°、铲柄厚度为40mm、铲柄侧面宽度为100mm,此时凿形深松铲的牵引阻力为10.16kN。同时,采用虚拟样机和有限元分析方法,确定了甘蔗叶覆盖地深松机的深松部件、拨叶装置等关键部件的结构形式和设计参数,分析结果表明:各结构设计满足设计要求,动静态特性良好。(2)防堵性能试验通过单因素试验,获得拨叶圆盘倾角、拨叶圆盘倾角和机车前进速度对拨叶率和牵引阻力影响的水平范围;采用回归正交旋转组合设计方法,确定了各因素对拨叶率和牵引阻力影响的显著性大小顺序为:拨叶圆盘偏角、拨叶圆盘倾角、机车速度,建立了拨叶圆盘偏角、拨叶圆盘倾角、机车前进速度与拨叶率和牵引阻力的数学模型;利用响应面分析法,分析了各因素之间的交互作用对拨叶率和牵引阻力的响应情况,并进行了参数优化,得到最佳参数组合:拨叶圆盘偏角为38°、拨叶圆盘倾角为15°、机车前进速度为3km/h,拨叶率为90.6%,牵引阻力为12.09kN。(3)整机工作性能与作业效果分析为了检验整机的深松效果和工作性能,进行了整机田间试验,结果表明:整机深松深度稳定性系数为98.79%,拨叶率为83.2%,防堵性能良好,牵引阻力降低了12.27～15.36%,甘蔗叶覆盖地深松机的工作性能和作业效果良好。