垄间套播冬小麦耕播种机关键部件的研究

摘要

为了促进由东北农业大学历时12年育成的冬小麦新品种“东农冬麦1号”在黑龙江省的推广，本论文研究了适用于作物垄间套播冬小麦的免耕播种机。本研究内容来源于东北农业大学科研启动基金项目“冬小麦免耕播种机的改进及工作机理的研究”。根据“东农冬麦1号”的播种农艺要求，按照农机、农艺相结合的设计思想，对关键部件：仿形机构、防堵机构和开沟器进行了研究，研制出带有两自由度双向仿形机构、拨草圆盘刀和鸭嘴式开沟器的垄间套播冬小麦免耕播种机。
　　 本文通过理论分析和计算，设计出一种可以实现双向仿形功能的平行四杆机构。该机构由仿形横杆、仿形纵杆和仿形竖杆组成，可以实现随地面上下、左右仿形。通过对仿形机构的几何结构的计算确定了仿形机构的各个零件的参数，以及仿形量的大小，并应用ABAQUS软件对仿形限位板进行有限元分析，以满足播种机在被提升、运输过程中的安全性的要求。应用CATIA软件对播种机单体进行了动态仿真、运动学的分析，得出新型垄间套播冬小麦免耕播种机的两自由度双向仿形机构的仿形滞后现象明显低于第一代播种机，该播种机上的开沟器的运动轨迹形状更加接近于实际地形，能够提高播种质量。对防堵机构进行初步了研究。依据滑切理论设计了一种拨草圆盘刀，并对该防堵机构设计了两种不同的防堵方式：主动式和被动式。在对两种防堵方式进行验证试验后得出，被动式防堵机构的防堵性能优于主动式防堵机构。对开沟器进行了设计，确定了鸭嘴式开沟器的结构。该开沟器结构简单，采用矩形管制成，代替了原来的导种管和导肥管，简化了播种机上冗余的机构。对开沟器进行了强度和刚度校核，满足要求。对播种机单体架进行了有限元分析，单体架在开沟器工作时所受的最大应力为23.2Mpa，单体架与开沟器相接处的部分的变形在0.0561～0.071mm之间，对开沟器的入土角不会造成影响。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法，以播种机前进速度、开沟器入土角、开沟器入土隙角为影响因素，以开沟深度稳定性，土壤阻力、开沟宽度为目标函数，对开沟器进行田间试验，并得到各因素对其工作时的影响程度的大小。并对试验结果进行优化设计，确定了鸭嘴式开沟器的最佳结构方案：播种机前进速度4.Km/h，开沟器的入土角为27°，入土隙角为7°。本文研究的两自由度双向仿形机构、拨草圆盘刀以及鸭嘴式开沟器，可为播种不同种类作物的免耕播种机提供参考依据，其中两自由度双向仿形机构可增加单体仿形机构的种类。