垄沟筑垱机工作参数的试验研究

摘要

黑龙江省寒地旱作地区水土流失问题日益严重，其主要发生在坡耕地上。垄沟筑垱是解决坡耕地水土流失的一项水土保持技术，垄沟筑垱机是实施该技术必不可少的机具。而筑垱机筑垱阻力是研发新型机具的重要参数，但目前关于筑垱机筑垱阻力方面研究较少，此外，实际生产中还存在筑垱形状不佳和土垱密实度低的问题，而筑垱阻力、土垱尺寸和土垱密实度受筑垱机工作参数的影响明显。因此，对筑垱机工作参数进行研究十分必要。本文在实际调查和理论分析基础上，针对现实筑垱作业中存在的问题，试验研究筑垱机工作参数对筑垱阻力、土垱尺寸和土垱密实度的影响规律，并确定合理的筑垱机工作参数。其主要研究内容和成果如下:
　　 (1)在渗流理论分析的基础上，利用AutoBank渗流分析软件对不同形状土垱进行对比分析，确定最佳土垱形状为等腰梯形。进一步根据黑龙江省垄体结构特点，分析得出最佳土垱形状的顶部厚度为14cm,高度为14cm，底部厚度为42cm。
　　 (2)选取筑垱机工作参数为试验因素，以筑垱阻力Fc、土垱尺寸和土垱密实度η为试验指标，通过试验与分析，找出试验因素对试验指标的影响规律。
　　 1)筑垱阻力Fc受筑垱机工作参数影响，随前进速度v的增加、铲板倾角β由后倾变为前倾时而线性减小，随入土深度H和铲铧间距L的增加呈抛物线规律增大，且前进速度v与铲铧间距L对筑垱阻力Fc影响较小。
　　 2)各工作参数对土垱尺寸都有不同程度的影响。前进速度v增加时，土垱高度h、土垱底部厚度B和土垱断面面积S线性减小，土垱顶部厚度b线性增大;入土深度H增加时，h线性减小，B线性增大，b呈上凸抛物线规律变化，S呈抛物线规律先减小后增大;铲板倾角β由后倾向前倾变化时，h，B和S线性减小，b呈抛物线规律先增大后减小;铲铧间距L增加时，h，B和S线性增大，b呈下凹抛物线规律变化。
　　 3)土垱密实度η随入土深度H和铲铧间距L增加而线性增大，随前进速度v的增加和铲板倾角β由后倾变为前倾时而线性减小。在入土深度H为12cm时，土垱密实度η较低。
　　 (3)以筑垱机工作参数为试验因素,以筑挡阻力Fc、土垱形状相似度k、土垱断面面积相似比R和土垱密实度η为试验指标，在垄沟筑垱试验台上进行正交试验，得出各因素对试验指标的影响顺序为:入土深度H最大，铲板倾角β次之，铲铧间距L最小。在试验水平范围内,通过综合比较分析得出筑垱机最佳工作参数:入土深度H为14Cm、铲板倾角β为0°、前进速度v为2.0km/h和铲铧间距L为110cm。
　　 本文所得工作参数对筑垱阻力、土垱尺寸和土垱密实度的影响规律、试验数据和结论，为研发新型垄沟筑垱机提供了技术依据，对合理运用垄沟筑垱机进行筑垱作业、有效防治坡耕地水土流失具有指导作用和实际意义。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的与意义

1．2 垄沟筑垱机的国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线

1．5 小结

2 基于渗流理论最佳土垱形状的确定

2．1 渗流的基本定律

2．1．1 渗流模型

2．1．2 渗流定律

2．2 渗流参数

2．2．1 不透水垄基上土垱断面的渗流

2．2．2 透水垄基上土垱断面的渗流

2．3 土垱断面的渗流分析

2．3．1 AutoBank软件简介

2．3．2 有限元法

2．3．3 土垱断面的有限元分析

2．4 最佳土垱形状

2．4．1 最佳土垱形状及尺寸

2．4．2 筑垱机最佳土垱形状

2．5 小结

3 垄沟筑垱试验台

3．1 垄沟筑垱试验台结构及工作原理

3．1．1 垄沟筑垱试验台结构

3．1．2 垄沟筑垱试验台工作原理

3．2 工作参数的调整与试验台性能要求

3．3 测试仪器与试验土壤

3．3．1 测试仪器

3．3．2 BLR-1型拉压力传感器标定

3．3．3 试验土壤

3．4 筑垱阻力、土垱尺寸和土垱密实度的测试方法

3．4．1 筑垱阻力测试原理与方法

3．4．2 土垱尺寸和土垱密实度的测试方法

3．5 小结

4 筑垱阻力的测试与分析

4．1 筑垱过程及受力分析

4．1．1 铲板阻力分析

4．1．2 筑垱过程分析

4．2 试验结果与分析

4．2．1 数据处理与分析方法

4．2．2 筑垱机前进速度v对筑垱阻力的影响

4．2．3 铲板入土深度H对筑垱阻力的影响

4．2．4 铲板倾角β对筑垱阻力影响

4．2．5 铲铧间距L对筑垱阻力影响

4．3 小结

5 土垱尺寸和土垱密实度测试与分析

5．1 土垱尺寸的测试与分析

5．1．1 试验设计

5．1．2 试验结果与分析

5．2 土垱密实度的测试与分析

5．2．1 试验设计

5．2．2 试验结果与分析

5．3 小结

6 筑垱机最佳工作参数

6．1 试验设计

6．2 试验结果与分析

6．2．1 试验结果

6．2．2 试验结果分析

6．2．3 综合分析

6．3 小结

7 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文