草地切根施肥补播复式改良机械的优化设计与试验研究

论文围绕我国退化草地机械化改良的实际需要,研究了草地切根施肥补播机械化复式作业的技术工艺,集成了低扰动的切根耕作技术与低功耗的开沟技术,优化设计了草地切根施肥补播复式改良机械,实现了切根施肥、切根补(混)播、切根施肥补播等多组合复式作业,为草地改良提供了新型的机械化技术模式和专用机械。研究内容与主要结论如下： (1)提出了切根沟侧位同时构建种肥床的技术与装置,实现了高坚实度条件下牧草种肥免耕分层交错播施。田间试验表明,该装置作业沟深稳定性在80%以上,种沟宽度为19.5mm、肥床的宽度为29.1mm。 (2)通过土槽试验,对比分析了对数螺线、阿基米德螺线、正弦指数曲线、偏心圆弧线四类16种刃线的刀具与土壤作用的比功耗大小,以及各个类型曲线参数设定对刀具土壤作用比功耗的影响,优化得到了适宜切根作业的刀具刃口曲线表达式：建立了机组前进速度、刀轴转速与刀具-土壤作用关系模型,优化得到了适宜切根作业的刀具速比范围在为4.0-4.1之间；建立了切土节距与刀具土壤作用关系,优化了每个刀盘上刀片个数；建立切根深度与刀具土壤作用关系,预测不同工作深度下的扭矩与功率值,为机构设计参数的确定与强度的校核提供依据。 (3)设计了小颗粒牧草种子排种排肥的自动控制系统,依据机组前进速度,通过信号处理单元控制驱动电机转速,自动调节排种和排肥轴的转速,提高了播种精度,有效解决了退化草原漏播或播种不均等问题。 (4)为实现切根、施肥和播种深度可调,提高调节精度与深度稳定性,设计了基于PLC的双缸同步液压高度调节系统,并对该系统进行了仿真。仿真结果表明,该系统能够实现左右两缸精确同步与低速稳定爬升。 (5)优化设计了草地破土切根施肥补播复式改良机械,可实现机械化切根施肥补播等多种组合作业,田间试验表明该机能够达到切根深度在100-200mm(可调),播种深度在0-50mm(可调),施肥深度在5-55mm(可调)的作业效果,且地表破坏程度仅为14%,有效降低了机具作业草地土壤扰动和植被破坏。