分层深松整地作业机的设计与研究

摘要

河北省中南部是我国典型的玉米小麦一年两熟种植区，夏玉米成熟后，先用收割机收割，再用粉碎机将玉米秸秆粉碎还田，地表覆盖大量秸秆。现有的深松机大多工作阻力大、耗能多，同时因玉米秸秆粉碎机的工作质量不佳，粉碎的秸秆不均匀，作业时深松铲容易挂秸秆或杂草，造成机具的堵塞或推起，影响深松整地作业机的作业效率。因此，在满足深松作业质量的情况下，需要解决的问题是如何降低土壤对深松铲的工作阻力、减少机具堵塞。针对上述问题，本文设计并研制一台分层深松整地作业机并进行田间试验，检验分层深松组合铲的合理性及机具的性能。具体研究内容如下:
　　(1)确定深松部件及整机的设计方案。深松部件运用分层深松原理设计分层深松组合铲，两个深松铲前后布置，将土壤分为上下两层，前面的深松铲松动上层土壤，后面的深松铲深松下层土壤，实现前后错开;分析悬挂机构，建立计算深松机架宽度的数学模型，使深松机架能够在作业过程中避免与万向节发生碰撞。用软件Solidworks建立分层深松整地作业机各个零件的模型，再进行虚拟装配，检验整机的可装配性。
　　(2)在理想工作状态下，对分层深松组合铲进行了受力分析，建立计算分层深松组合铲工作阻力的模型。经计算分层深松组合铲所受工作阻力，优化了两铲之间的深松深度最佳距离;在相同作业条件下，分别计算分层深松组合铲和普通凿型深松铲的工作阻力，并进行对比分析。
　　(3)分析镇压装置，分别对镇压辊与拉板进行受力分析，建立计算镇压辊镇压力与调整拉杆弹簧变形量的关系模型，使之在应用中能通过快速调节调整拉杆得到想要的表土的坚实度。
　　(4)在计算分层深松组合铲的工作阻力基础上，用软件ANSYS对分层深松组合铲和深松机架进行有限元静力分析，查看分层深松组合铲和深松机架的最大变形、所受最大应力是否满足设计要求。
　　(5)试制一台分层深松整地作业机并进行田间试验。结果表明:测量分层深松整地作业机的各项指标，均在《标准JB/T10295-2014深松整地联合作业机》规定范围之内，满足要求;在相同耕深、速度条件下，分层深松组合铲的平均工作阻力是5020N，普通凿型深松铲的平均工作阻力是6108N，降低17.8％，降阻较明显;在玉米收获机收获作业过程中玉米秸秆仅经过一次粉碎条件下，该机具连续作业1hm2未出现机具堵塞状况，机具通过性较好，且作业后地表平整。

目录

声明

摘要

1．1课题来源

1．2研究目的和意义

1．3国内外研究现状与发展趋势

1．3．1国外研究现状

1．3．2国内研究现状

1．3．3发展趋势

1．4研究目标和内容

1．4．1研究目标

1．4．2研究内容

1．5技术路线

2．1需求分析

2．2分层深松整地作业机的结构

2．2．1深松机类型

2．2．2分层深松整地作业机的构成

2．3分层深松组合铲的设计

2．3．1深松铲的种类

2．3．2分层深松原理

2．3．3小犁壁深松铲的设计

2．3．4分层深松组合铲的铲柄设计

2．4深松机架的设计

2．5碎土装置的选型

2．6分层深松整地作业机的虚拟装配

2．7本章小结

3分层深松组合铲和镇压装置的受力分析

3．1分层深松组合铲受力分析

3．1．1小犁壁深松铲受力分析

3．1．2凿型深松铲受力分析

3．1．3铲柄受力分析

3．1．4计算结果与分析

3．2镇压辊镇压力分析

3．3本章小结

4分层深松组合铲和深松机架的有限元分析

4．1有限元分析及软件介绍

4．1．1有限元法简介

4．1．2软件ANSYS介绍

4．2分层深松组合铲的有限元分析

4．2．1建模

4．2．2网络划分

4．2．3施加约束和载荷

4．2．4设置求解项

4．2．5计算结果与分析

4．2．6凿型深松铲柄的计算结果与分析

4．3深松机架的有限元分析

4．4本章小结

5分层深松整地作业机的试验研究

5．1试验前期准备

5．1．1试制样机

5．1．2试验设备

5．1．3试验条件

5．1．4试验方法

5．2耕作前后土壤坚实度测量试验

5．2．1试验目的和内容

5．2．2土壤坚实度试验数据及分析

5．3深松整地作业机的深松深度及深松稳定性

5．3．1深松深度采集

5．3．2深松深度稳定性计算

5．4作业后深松沟面宽度和土垡的高度测量

5．5测量机具其它性能指标

5．5．1碎土率

5．5．2土壤膨松度和扰动系数的测量

5．6机具验收结果

5．7分层深松组合铲阻力测试

5．7．1测试方法

5．7．2应变片粘贴

5．7．3测力系统的标定

5．7．4数据处理

5．8本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

在读期间发表学术论文

作者简历

致谢