玉米根茬收获模式及采收机理

玉米根茬产量丰富，具有优良的理化及生物质特征，其卓越的开发应用潜力越来越为人们所重视。玉米侧根系发达，粗壮而强韧，向四周生长，与土壤紧密结合，且根系中央常常裹挟大量土壤不易分离，为根茬的机械化收获带来了困难。 根据所参加的国家“863计划”项目，对玉米根茬采收的相关内容进行深入研究，探索了玉米根茬的采收模式，并确定科学、合理的根茬采收工艺路线；对采收过程涉及的理论问题进行了研究，建立了各关键机构的力学模型，挖掘具有模型控制功能的关键参数，并以采收性能为目标实施模型优化；同时研发了一套集铲挖、脱土、升运、集茬于一体的玉米根茬采收试验平台，通过理论模型指导平台的搭建与优化，借助机械试验平台对模型实施验证与修正；最后采用试验优化设计的方法对系统进行优化，通过优化参数确定理想的参数组合模式，以提升系统整体性能。 研究了玉米根茬所处的田间地貌及基础物理属性，获得了与采收有关的土壤和根茬的基础数据，建立了根茬形态与力学模型，为采收系统的研制奠定了基础。采用TRIZ创新理论研究了玉米根茬收获系统的基本组成、功能模式以及关键技术，预测了根茬采收系统的主体结构形式；确定了铲挖与脱土作业的“物-场模型”；化解了机构间的矛盾冲突，为采收系统的创新设计指明了科学的方向。采用虚拟样机技术研制了具有参数可调功能的根茬收获试验平台，为相关采收理论及试验研究奠定了良好的平台基础。借助滑切动力学模型，优化并设计了具有多级滑切角的根茬铲具刃口形式；通过建立根茬在抖动平面上的动力学模型，确定了实现根茬升运及跳动的临界条件，并优化了抖动脱土系统的参数组合形式；根据摩擦自锁理论，建立了根茬喂入临界状态的受力模型，确定了影响根茬喂入性能的关键参数。通过采用理论模态与试验模态相结合的研究方法，获得了根茬采收系统的结构动力学属性，确定了模态参数及系统振型，为系统动态脱土性能的提升提供依据。 结合理论研究对抖动脱土系统和碾压碎土机构进行了试验优化设计，将驱动转速、链条倾角、抖动轮的位置、碾辊间隙作为试验因素，以脱净率和脱土耗时作为优化目标，对抖动脱土系统和碾压碎土机构进行了试验研究并建立了相关模型；采用遗传算法对多目标非线性规划模型实施了寻优，并验证了系统在优化参数下的运行状态，同时采用高速摄影技术记录、分析了根茬抖动脱土过程；最后将收获系统的各可调参数均设置成优化值，实施整机脱土性能综合测试，试验结果表明：系统的脱土率可达86.7%，单个根茬整个处理过程的平均耗时为4.87s。