油菜旋耕开沟施肥播种复式作业机的设计与研究

摘要

油菜是我国第一大油料作物，在食用油市场中具有举足轻重的地位。播种质量对油菜产量影响极为明显。而受作业条件、种植农艺要求及油菜种子的物理特性等因素的综合影响，我国油菜机械化播种发展较为缓慢。
　　本课题旨在针对油菜种植大省——江苏省地区，研制出一台适合江苏稻油轮作条件的油菜旋耕开沟施肥播种复式作业机，以期提高作业质量和效率。本文在总结大量国内外相关精密播种机发展现状，了解江苏油菜种植农艺要求的前提下，针对稻茬地作业秸秆量大、土壤含水量高、粘性大的特点，按照轻简化设计原则，完成了机具的总体设计。对机具的核心部件排种器进行了试验选型，并对其进行了仿真优化设计。同时完成了旋耕开沟部件、仿形限深装置、种肥开沟器等关键部件的设计工作，对整机进行三维建模，并利用计算机辅助设计方法对刀轴、仿形装置进行了相关性能校验。最后完成了样机的试制及大田试验工作。主要结论如下:
　　(1).机具作业幅宽2300mm，行距300mm，株距60～100mm，播种施肥行数为8行，播深10～20mm，施肥深度60～80mm。机具与拖拉机采用三点式挂接，旋耕开沟动力由机具侧边齿轮箱传动，开沟刀盘安装在旋耕刀轴中部，采用窝眼轮排种器和外槽轮排肥器，排种排肥均由直流电机驱动，后置Ⅴ型轮配合平行四杆机构实现单体仿形，并兼作限深、覆土、轻微镇压使用，机具一次下地能够完成旋耕、开排水沟、施肥、播种、覆土等多道工序。
　　(2).通过试验分析，选择窝眼轮式排种器，并运用离散元软件EDEM对窝眼轮型孔结构进行了优化设计。经仿真分析和验证试验表明，转速在10～50r·min-1时，型孔边沿具有30°倒角结构的窝眼轮排种器合格指数为95.8％～86.6％，明显优于不倒角窝眼轮的90.6％～67.5％和半径1.25mm倒圆角窝眼轮的93.5％～79.2％。
　　(3).完成了各关键部件选型或设计工作，重点对旋耕开沟部件、仿形限深装置、种肥开沟器等进行了详细的分析设计。
　　(4).应用Proe5.0完成了样机建模，分析了机具质量属性及重心位置，结果表明在机具肥箱满载情况下，配套动力能够满足提升要求;运用ANSYS14.0对刀轴进行了模态分析，结果表明，刀轴的结构设计合理的避开了机具作业时外部振源频率，可避免共振发生;用Proe5.0机构分析模块对仿形装置进行了运动分析，结果表明开沟器最低点轨迹与实际地表曲线吻合，仿形存在一定的滞后，基本满足油菜播深控制要求。
　　(5).完成了样机的试制及田间试验，试验表明，机具的整机结构布置较为合理，能适应该试验田块的作业条件。作业后地表平整，沟形整齐，厢宽一致，基本达到了该设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外的精密播种机研究现状

1．2．1 国外精密播种机研究现状

1．2．2 国内精密播种机研究现状

1．3 研究目的及意义

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 油菜播种机的总体结构设计

2．1 油菜播种机的设计要求

2．1．1 油菜种植农艺要求

2．1．2 机具主要技术参数指标

2．2 油菜播种机的总体设计方案

2．3 机具工作原理

2．4 机具作业功耗计算

2．4．1 旋耕功耗计算

2．4．2 开沟功耗计算

2．4．3 施肥功耗计算

2．4．4 播种功耗计算

2．4．5 机具总功耗计算

2．5 机具配套动力

第三章 排种器的试验选型及优化仿真分析

3．1 常用油菜排种器的类型

3．2 三种典型油菜排种器性能对比试验

3．2．1 试验目的

3．2．2 试验材料与设备

3．2．3 试验方法

3．2．4 试验结果与分析

3．3 机具配套排种器的选择

3．4 窝眼轮排种器的型孔结构优化与仿真试验

3．4．1 型孔结构优化的研究意义

3．4．2 离散单元法研究概述

3．4．3 种群运动接触模型分析

3．4．4 不同型孔结构窝眼轮排种器EDEM仿真分析

3．4．5 验证试验

第四章 关键部件的选型设计

4．1 旋耕开沟部件设计

4．1．1 刀辊正反转的选择

4．1．2 旋耕刀片选型与排列

4．1．3 开沟刀片选型与排列

4．1．4 清沟铲和分土板设计

4．1．5 沟壁保护装置设计

4．2 仿形限深装置设计

4．2．1 仿形方式的确定

4．2．2 仿形部件的参数设计

4．2．3 仿形限深轮的设计

4．3 种肥开沟器的选型设计

4．3．1 播种开沟器的选型设计

4．3．2 施肥开沟器的选型设计

4．4 排肥器的选型

4．5 播种施肥控制系统

第五章 虚拟样机分析及田间试验

5．1 虚拟样机分析

5．1．1 干涉检测

5．1．2 质量属性分析及提升能力校核

5．1．3 刀轴的振动模态分析

5．1．4 仿形装置的运动仿真分析

5．2 机具的田间试验

第六章 总结与展望

6．1 结论与创新点

6．1．1 结论

6．1．2 创新点

6．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研成果