水田筑埂机构的机理分析与设计

摘要

在水稻的生产过程中，筑埂属于整地环节。我国水稻种植长期以来采用人工筑埂，劳动强度大、效率低，作业质量也难以保证。黑龙江省是全国水稻商品粮生产基地之一，近几年北方地区旱地改水田面积增多对筑埂机的要求更加迫切。现阶段，国内外适于北方水田土壤环境能用于筑埂作业的机具和技术研究较少，理论和试验上对水田修筑田埂的取土量、集土量和土壤镇压成埂技术的研究不够完善。为解决这种筑埂难的问题，推进水稻生产机械化的发展，提高水稻整地环节的机械化程度，对水田筑埂机进行了研究。
　　本研究主要开展以下工作:
　　(1)根据筑埂取土和侧向集土的作业目标和水田工况环境，阐述旋切集土装置的工作原理，对旋切集土装置的关键部件—取土弯刀进行分析，明确取土弯刀对土壤在抛落过程中的影响，优化弯刀结构。设计旋切集土装置结构，确定弯刀排列方式和工作幅宽大小等参数，将旋切集土装置按作用分为取土和切型两部分部分，阐述各部分的结构特点。
　　(2)通过分析土壤压实机理，明确静力压实和振动压实两种方法的利弊，分析影响镇压质量的多方因素。建立镇压圆盘的三维模型，并分析其在筑埂作业中的受力情况，获得满足镇压部件能够向前滚动的作业条件，根据农艺田埂尺寸要求，设计镇压部件的结构。
　　(3)以东北地区耕作土壤为研究对象，运用土壤物理学、力学的知识及理论，简化土壤颗粒在运动过程中的受力模型，以土壤物理参数为依据，利用离散元素法及仿真软件EDEM对旋切弯刀进行抛土性能虚拟试验，分析作业后土壤颗粒状态及旋切后的集土效果。
　　(4)在土槽试验台上进行旋切集土和镇压试验，探讨机具前进速度和刀辊转速对集土量和功耗的影响，以及前进速度和镇压圆盘转速对土壤坚实度的影响。应用Design-Expert8.0.6软件对试验数据进行处理和分析，以田埂的外形尺寸和所需土量为约束条件，采用多目标优化方法进行模型优化，寻找到满足性能指标的最佳因素组合。
　　(5)将水田筑埂机整机结构进行合理的空间布置，使其结构紧凑，且各部件间互不干涉，并进行田间筑埂试验。应用Design-Expert8.0.6软件对整机作业的田埂土壤指标数据进行处理，并与土槽室内试验结果进行对比。结果表明相应变化趋势一致，机具作业效果良好，修筑的田埂满足水田生产的农艺要求。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 水田筑埂技术国外研究现状

1．2．2 水田筑埂技术国内研究现状及趋势

1．3 本文研究的主要内容和方法

1．4 研究的技术路线

2 关键部件的理论分析与优化设计

2．1 旋切集土装置的工作原理与优化设计

2．1．1 取土弯刀运动分析

2．1．2 取土弯刀对土壤的抛落过程分析

2．1．3 旋切集土装置参数设计

2．1．4旋切集土装置的结构

2．2 镇压部件的工作原理与优化设计

2．2．1 镇压部件的工作原理

2?．2．2影响镇压效果的因素分析

2．2．3 镇压部件的受力分析

2．2．4 镇压部件的结构

3 基于离散元素法旋切抛土虚拟试验

3．1 土壤物理学及力学分析

3．1．1 土壤物理学特征分析

3．1．2 弯刀旋切中刀体的受力分析

3．1．3 土壤颗粒参数确定

3．2 基于离散元素法旋切弯刀的虚拟试验设计与分析

3．2．1 离散元素法基本原理与土壤颗粒力学模型

3．2．2 基于离散元EDEM软件的旋切弯刀虚拟试验

4 旋切集土装置的试验设计与研究

4．1 试验设备与试验方法

4．1．1 试验准备

4．1．2 试验装置设计与数据采集存储

4．2 单因素试验

4．3 多因素试验

4．4 参数优化

5 筑埂镇压装置的试验研究

5． 1 试验指标的选取与评定

5．1．1 评价指标的选取

5．1．2 指标的评定

5．2 单因素试验

5．3 多因素试验

5．4 参数优化

6 整机结构与试验

6．1 整机结构及工作原理

6．2 水田筑埂机各组成结构

6．3 整机试验与结果

6．3．1 试验准备

6．3．2 试验因素及性能指标的选取

6．3．3 田间筑埂试验

7 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文