稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机的设计

摘要

针对目前我国抢收抢种季节因农村劳动力结构性不足而出现的许多地方焚烧秸秆造成资源浪费、环境污染等，以及我国稻麦两熟地区墒沟埋草法存在机器两次作业和人工埋草的缺点，本研究本着农机与农艺相结合的原则，以稻麦联合收割机及开沟机为研究对象，以开发一次作业即可完成稻麦收获、墒沟开挖、秸秆入沟还田等工序的新型多功能一体机（稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机，简称多功能一体机）为目的，在以下几个方面进行了研究：
　　 1.墒沟埋草式秸秆还田法成功实施的前提是开挖出适合埋（集）草的墒沟，而开沟质量、侧向抛土均匀性（田间平整度）等与开沟装置结构参数、作业参数密切相关；在开沟装置刀盘提升高度（刀盘及其支架等结构参数）满足多功能一体机安全下地作业的前提下，材料最省、成本最低是现代设计方法追求的目标.因此，本文以刀盘提升高度最大、刀盘升降装置结构尺寸最小及油缸行程最短为目标函数建立开沟装置参数优化设计数学模型，并运用Matlab优化工具箱对其进行计算，经圆整优化结果后，得刀盘升降装置最小结构尺寸、油缸最大行程及刀盘最大提升高度分别为885mm、182mm和850mm。
　　 2.为充分发挥开沟装置各级链传动的传动能力，减小传动链轮组的体积、重量，并使传动平稳、轻便、灵活，以实际工作条件下各级链条所能传递的功率[P]与计算功率P1充分接近为目标函数建立优化设计数学模型，对链轮减速系传动比进行优化分配，得第一、二级链传动的传动比分别为1.78和1.42。
　　 3.多功能一体机的作业效率、作业质量很大程度上取决于整机动力是否配套、收获与开沟部件是否速度同步。针对上述问题，对收获、开沟及行走等装置功率消耗进行了研究，并在部件试验的基础上，建立了整机功率配套数学模型，为同类型机具开发奠定了功率配套基础。
　　 4.为了减少传统设计方法中样机多次加工成本、试验费用及缩短样机开发周期，并增加零部件的直观性，运用Pro/E软件对开沟装置及其传动部件建立了三维参数化模型，并进行了虚拟装配，同时运用仿真软件ADAMS对反转开沟作业进行了运动仿真，仿真结果验证了开沟部件的运动分析的正确性。
　　 5.根据各设计结果，加工了开沟装置及其传动系统零部件，并完成了整机装配.田间试验表明，在成熟稻麦联合收割机上加装开沟装置，并采用反转方式作业，沟内回土较少，开沟装置工作可靠、开沟质量稳定，梯形沟不仅利于秸秆入沟，墒沟边坡也不易塌陷，满足农艺上埋草、排水要求.机器各装置因获得合适的动力而保持速度同步，其作业效率、沟形参数（可调）等指标满足设计要求；当配套动力不变时(46kW)时，与原联合收割机相比，样机收获效率有所降低，但由于该机一次作业即可完成作物收获、墒沟开挖及秸秆入沟处理，因此其综合效率较高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 农业耕作模式发展概况

1.2.1 传统耕作技术

1.2.2 保护性耕作技术

1.3 联合作业机械国内外研究状况

1.3.1 免耕播种联合作业机发展概况

1.3.2 秸秆还田型联合耕整地机具发展现状

1.4 机械现代设计方法

1.4.1 优化设计技术

1.4.2 虚拟样机技术

1.5 本课题研究的主要内容

1.5.1 研究目的

1.5.2 主要研究内容

1.5.3 课题研究总体思路

1.6 本章小结

参考文献

第二章 样机总体方案及要解决的关键技术问题

2.1 总体方案

2.1.1 样机组成

2.1.2 工作原理

2.1.3 主要技术参数

2.2 要解决的关键技术问题

2.3 本章小结

参考文献

第三章 多功能一体机样机选型及配套动力研究

3.1 样机选型

3.1.1 收获部件选型

3.1.2 开沟装置选型

3.2 整机配套动力研究

3.2.1 收获功耗

3.2.2 开沟功耗

3.2.3 行走功耗

3.2.4 整机功耗

3.3 本章小结

参考文献

第四章 开沟部件运动分析及其主要工作参数确定

4.1 开沟部件运动分析及开沟方式选择

4.1.1 开沟部件运动分析

4.1.2 开沟方式的选择

4.2 开沟部件主要作业参数确定

4.2.1 刀盘圆周速度（刀片端点线速度）确定

4.2.2 刀盘转速确定

4.2.3 刀片形式、数量及布置原则

4.2.4 分土板安装

4.3 本章小结

参考文献

第五章 开沟装置及其传动系统设计

5.1 基于Matlab的开沟刀盘及其升降装置结构参数优化设计

5.1.1 开沟刀盘及其升降装置结构参数对机器性能的影响分析

5.1.2 基于Matlab的开沟刀盘及其升降装置结构参数优化

5.2 刀盘传动系统设计

5.2.1 两级传动链传动比优化分配

5.2.2 轴承选用及主要传动件的效率

5.2.3 各级传动件转速及所要传递的功率和扭矩计算

5.2.4 齿轮、变速箱及轴类零件的设计

5.3 本章小结

参考文献

第六章 开沟部件及其传动系统主要零部件参数化建模及仿真研究

6.1 基于Pro/E的开沟部件及其传动系统主要零部件参数化建模研究

6.1.1 基于特征的非标准件建模

6.1.2 基于Pro/program的常用件造型

6.1.3 基于族表的标准件造型

6.1.4 开沟装置及其传动系统虚拟装配

6.2 基于ADAMS的开沟部件运动仿真

6.2.1 仿真的目的、意义及方法

6.2.2 ADAMS动态仿真的理论基础

6.2.3 仿真模型的建立

6.2.4 仿真分析

6.3 本章小结

参考文献

第七章 多功能一体机田间试验

7.1 试验准备

7.1.1 试验主要内容

7.1.2 试验主要影响因素、性能指标及所需设备、仪器

7.1.3 参数测定

7.1.4 性能和技术经济指标测定及计算

7.1.5 样机加工及初始改进

7.2 部件性能试验

7.2.1 开沟性能试验

7.2.2 埋草性能试验

7.3 田间生产试验

7.3.1 田间作业性能测试

7.3.2 作业效率对比试验

7.3.3 生产考核试验

7.4 开沟功耗试验

7.5 本章小结

参考文献

第八章 结论与后续研究建议

8.1 主要结论

8.2 论文创新内容

8.3 后续研究建议

附录Ⅰ:各地试验现场

附录Ⅱ：作物自然高度、产量、草谷比、割茬高度测定表

攻读博士学位期间发表论文及申请的专利

致谢