深松机防堵部件结构与运动参数的试验研究

保护性耕作是当今机械化农业生产的一种新型耕作方式,即秸秆覆盖率不低于30%的条件下进行合理耕种的一种保水保土耕作模式。深松是保护性耕作的四项关键技术之一,也是攻克当今制约旱地农业生产发展难题—犁底层的主要手段。但在目前提倡的保护性耕作技术要求下,即有秸秆覆盖的地表上进行深松作业时,存在着深松铲挂草、堵塞等影响深松作业质量的技术难题,制约着深松技术与深松机具的推广,进而制约着机械化保护性耕作技术的发展。在深松铲前加装滚动式防堵部件是克服深松铲挂草堵塞、增强作业通过性、满足保护性耕作技术等新农艺技术要求的有效方法,但滚动式防堵部件的形状、直径、作业深度、前进速度等结构参数与运动参数则直接影响着秸秆根茬的切断率,进而影响着防堵效果。因此,本文设计了以滚动式切草圆盘刀为防堵部件,分析并优化出最佳运动参数和结构参数。研究内容主要包括下面几个部分:1.圆盘刀安装架的参数化设计与有限元分析。利用CATIA软件建立安装支架三维实体模型,导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中对安装架进行静力结构分析。2.测定秸秆切断率和工作阻力。根据Box-Behnken组合设计理论,以秸秆切断率、工作阻力作为试验指标,通过Design-expert软件设计了17组三因素、三水平的正交组合试验,分析圆盘刀在不同直径、耕深、前进速度条件下秸秆切断率和工作阻力的变化情况。3.利用Design-expert软件对数据进行二次多元回归拟合和优化得到以下两个结论:(1)秸秆切断率的回归方程为:R1=93.28+1.56A+4.16B+0.75C-0.014AB-0.05BC-0.068B2秸秆切断率的显著性因素从小到大顺序依次为:前进速度、刀盘直径、作业深度。工作阻力的回归方程为:R2=1238.8+0.245A+0.36B+85.3C+5.6BC+0.041AB-0.312B2工作阻力的显著性因素从小到大顺序依次为:前进速度、刀盘直径、作业深度。(2)利用Design-Expert软件优化出秸秆切断率与工作阻力的最佳因素组合为前进速度3.96km/h、刀盘直径400mm、作业深度85mm,在最佳因素组合下秸秆切断率为95.13%,工作阻力为1373N。为了验证优化结果的准确性,进行10次田间重复试验验。秸秆切断率和工作阻力的试验结果平均值分别为96.13%和1412N,和软件优化结果基本一致。