大垄密植原茬地免耕精量播种机关键技术研究

本文是在结合课题《农业部公益性行业（农业）科研专项–大豆高产高效机械化生产技术及配套机具研究与示范–东北地区硬茬地免耕播种技术及机具的研究与开发》，并在国家大豆产业技术体系北方生产机械化岗位科学家专项基金的支持下完成的。论文在综合研究国内外免耕播种机研究现状的基础上，针对我国东北一年一熟垄作区的区域特点，结合玉米大垄双行特殊种植模式的农艺要求及保护性耕作的实际生产所需，采用理论分析、仿真分析、程序设计、试验研究、虚拟试验及有限元分析等方法，开展大垄密植原茬地免耕精量播种机关键技术研究，完成的工作内容及取得的成果如下： 1）样机虚拟设计。主要利用solidworks虚拟设计大垄密植原茬地免耕精量播种机，理论上可实现一次进地完成除茬种床整备、比例分层施肥、高速精量播种及覆土镇压等作业工序。 2）种床整备装置的设计研究。首次提出由高速旋转的刀齿侧向除茬、运送、抛洒的种床整备机理；以玉米根茬的物理结构、物理特性及玉米大垄双行种植模式为设计依据，对种床整备装置的刀齿结构、刀齿回转半径、刀盘齿数、单体刀盘数、刀齿排布方式及轴距等参数进行优化；分析右旋螺旋均布钢齿清秸单体击打规律，推导盘距方程及切茬节距方程；对种床整备装置的物料运送性能进行理论分析研究，确定装置不发生堵塞的条件；推导物料抛洒轨迹方程，确定秸秆抛高H1及抛程L，依据此设计可调式栅格挡板，其具有秸秆抛洒范围可调，防止土壤粘结的特点；利用solidworks建立清秸单体数字样机，在ADAMS/View环境下对清秸单体的作业过程进行运动学仿真分析，所得到的刀齿尖点轨迹、位移、速度、加速度与运动学理论分析结果相一致，并利用虚拟试验结果验证了清秸单体的刀齿盘距方程及切茬节距方程的正确性；基于VB开发了种床整备装置参数优化系统。 3）种床整备装置参数组合的田间优化试验。以机具作业速度、刀齿入土深度为试验因素，根茬清除率、功耗、动土量、燃油消耗率为试验指标，采用二因素三水平正交试验方法，优化种床整备装置作业参数，试验结果表明：当机具作业速度为3.6km/h及刀齿入土深度为7cm时，种床整备装置的根茬清除率93.6，功耗6.36kw，动土量56%，配套动力奔野324拖拉机的燃油消耗率0.86L/kwh，可清除播种带内的全部秸秆及大部分根茬，保证播种单体的顺利通过，达到了播种及施肥装置对种床状况提出的要求。 4）比例分层施肥装置设计研究。设计了由外槽轮排肥器、输肥量调控分配器及楔刀式分层施肥开沟器组成的比例分层施肥装置。外槽轮排肥器排肥舌的结构改进提高了排肥均匀性，降低了脉动现象；对输肥量调控分配器进行虚拟样机建模，以均肥杆直径、均肥份数及均肥杆垂直距离为试验因素，合格指数及离散度为试验指标，采用L9（34）正交表，进行三因素三水平虚拟正交试验，模拟输肥量调控分配器均肥及分肥过程，优化其结构参数，试验结果表明：当均肥杆直径4mm，均肥份数16，均肥杆垂直距离8mm时，试验指标合格指数1.1，离散度47.2，合格指数最高，且离散程度减小。按优化结构参数试制输肥量调控分配器进行试验验证，其合格系数0.8，离散度39.2，皆小于虚拟试验结果，满足设计要求。楔刀式分层施肥开沟器，满足分层施肥的设计要求，又具有破茬入土能力强、开沟阻力小、土壤扰动量小、楔刀耐磨性高，使用寿命长等特点。 5）关键部件的有限元工程分析。利用SolidworksSimulation对主机架进行了有限元静力学及模态工程分析，结果表明：机架应力分布均匀，最大应力小于机架Q235材质的屈服应力，满足强度要求；激振频率范围67.2～78Hz，远离共振频率，不会因共振现象的出现而损害机架。在焊接轴满足有限元静力学分析强度要求的基础上，对焊接轴进行疲劳强度分析，运算结果表明焊接轴满足疲劳分析的设计要求。