高茬秸秆旋耕翻埋功耗检测系统设计与试验研究

机械化秸秆还田有利于培肥地力、改良土壤,是发展生态农业和实现农业可持续发展的重要措施。高茬秸秆还田耕整机作为土壤耕作机械,与轮式拖拉机配套使用,耕作一遍即可完成秸秆埋覆、旋耕碎土、地表平整等多项作业目标,具有作业效率高、适用范围广、操作简便等优点；且能抢农时、省劳力,在机械化秸秆还田领域显示了很大的优越性。高茬秸秆还田耕整机以螺旋刀辊为核心工作部件,功率消耗是考量其综合性能的一个重要技术参数,直接影响到整机的性能；设计合理配套的功耗检测系统来实时获取螺旋刀辊田间作业功耗,将为刀辊结构参数优化和耕整机动力合理配套、节能减耗提供重要的参考价值。 本文以三种高茬秸秆还田耕整机为研究对象,针对高茬秸秆还田耕整机实际功耗大小不清楚、螺旋刀辊作业时运动参数与功耗的关系不明确等问题,根据功耗检测原理,采用NI公司的虚拟仪器开发平台------LabVIEW,并结合数据采集卡、CKY-810动态扭矩传感器和电感式接近开关等组成的硬件平台,设计了功耗检测系统；此系统通过简单的操作便可以动态检测高茬秸秆还田耕整机作业功耗,并实现扭矩、转速和功耗波形图及数值的显示、保存。 利用ADAMS软件对扭矩传感器和万向节传动轴机构进行动力学仿真,并结合实际情况,确定万向节传动轴空心方形套管处强度最弱；对其进行强度校核,计算得出其许用扭力偶矩[M]为2060.44N·m大于空心方形套管扭矩波动最大值1472.5N-m；从理论方面证明了将扭矩传感器安装在万向节传动轴上进行螺旋刀辊扭矩测量的方案是合理可行的。 利用DF1405数字合成信号发生器和非接触数字式转速仪对功耗检测系统进行标定。标定结果显示,由功耗检测系统检测到的转矩值与信号发生器输出频率对应的真值间最大绝对误差值为0.55N.m,最大相对误差为0.0893%；由功耗检测系统检测到的转速值与信号发生器输出频率对应的真值间最大绝对误差值为0.002rad/min,最大相对误差为0.0016%。转速仪测量的转速值与功耗检测系统检测到转速值最大绝对误差值为0.261rad/min,最大相对误差为0.0726%。因此,功耗检测程序能够准确检测扭矩、转速信号,从而进行功耗的动态检测。 分析了水旱两用高茬秸秆还田耕整机的功率消耗组成与配置,并对其进行了空载试验研究。试验结果得出,水旱两用螺旋刀辊空载扭矩范围为19.528N·m-24.965N-m,其空载功率范围为0.374kW-1.243kW,占拖拉机总动力功率的0.53%～1.78%。 以功率消耗和作业质量为评价指标,选用水旱两用高茬秸秆还田耕整进行田间性能试验和功耗试验研究。以耕深、刀辊转速、机组前进速度为影响因素,进行了高茬秸秆还田耕整机田间功耗试验,得出3个因素对耕整机功耗影响的显著性依次为耕深(A)、前进速度(C)、刀辊旋转速度(B)；耕整机较优组合为A2B2C3,即耕深185mm、刀辊转速335r/min、机组前进速度3.35km·h-1时,功耗均值为52.52kW,秸秆埋覆率达到96.2%。