东北垄作免耕播种机关键部件研究与整机设计

我国东北地区早春干旱现象表现为逐年加剧的趋势,传统的连年机耕翻地造成土壤水分的大量损失,因此国家正在大力推广具有显著社会、经济和生态效应的保护性耕作。为了推广和应用机械化保护性耕作,本文研究了适用于东北垄作地区的免耕播种机具。 本文选题来源于农业部保护性耕作创新项目:“东北冷凉风沙区垄作保护性耕作技术的试验研究”,在对国内外现有免耕播种机进行深入分析、总结的基础上,研制出一种带有新型破茬、清垄装置和导向装置的免耕播种机,并对其关键部件进行了系统的理论分析、计算机仿真和试验研究,得到如下结论和成果。 1、通过理论分析和计算,设计出一种可以在大覆盖量下工作的破茬清垄装置,该装置由破茬犁刀以及在破茬犁刀的前方或后方设置的双圆盘螺旋线型清垄器组成,已于2005年11月获得国家实用新型专利授权,专利号ZL2004 2 0108155.9。 2、针对现有免耕播种机在垄作条件下作业时的横向不稳定问题,通过理论分析和计算,设计出一种具有垄作导向功能的新型农机装置。该装置由圆锥台型导向轮和支撑部件组成,成对安装在免耕播种机上。已于2007年6月获得国家实用新型专利授权,专利号ZL2006 2 0091692.6。 3、结合农业部保护性耕作创新项目—“东北冷凉风沙区垄作保护性耕作技术的试验研究”,先后研制出两代免耕播种机,并于2007年4月25日通过农业部农业机械化管理司的项目验收。 4、首次对滚动圆盘式犁刀的破茬机理和运动过程进行了理论分析和计算机模拟,分析了影响圆盘犁刀破茬速度的主要因素;通过田间试验和室内试验得出三种破茬犁刀的下加压力、破茬阻力,指出三种犁刀的典型应用范围;对波纹犁刀和蜗轮犁刀破茬机理进行了比较,并对分析的结果进行了动态模拟。研究表明:滚动圆盘式破茬犁刀因其结构简单、破茬可靠,保持垄形好,应作为垄作免耕播种机破茬方式的一个方向。 5、通过几何学分析确定了清垄器的形式及参数;从理论上探讨了清垄刀的运动过程及对残茬的推送规律;通过运动学分析确定了清垄刀的齿形;运用计算机模拟的手段探讨清垄刀入土阶段的运动状态。研究表明,螺旋线型清垄器有别于其他单纯的清垄装置,遇到残茬时以劈切的方式将其破开,这对未经破茬犁刀路径的残茬破茬是有利的补充,使其达到即清垄又破茬的效果。此研究是免耕播种机防堵装置设计中的一个创新,有着广阔的生产应用前景。 6、垄作条件下免耕播种机存在横向不稳定问题,当出现“掉垄”情况时,无法实现原垄播种。通过对播种机组的理论分析,建立了运动学模型,得出主要因素对机组稳定性影响的结论,这对田间移动式农业机械的研究与设计有借鉴意义。 7、应用虚拟样机技术,通过Solidworks软件对垄作免耕播种机的各个零部件进行了三维模型的建模和装配。并对其关键部件进行了动态仿真、运动学分析及有限元分析,在物理样机制造前设计一个结构紧凑、强度可靠的虚拟样机。节约了时间和费用,实现了高质量、快速和低成本的设计。 8、进行了垄作免耕播种机整机试验,通过在辽宁省多点田间试验表明,该机破茬能力强、清茬效果好、工作稳定,扰动土壤量小于垄体的10%,保持垄形好,开沟和播种质量能满足农艺要求。