果园秸秆覆盖机抛撒式覆土装置设计与试验

摘要

旱区果园秸秆分层覆盖技术具有土壤增碳、减蒸保墒、抑制杂草、减少土壤侵蚀等诸多优势，研制适用于该技术的作业装备是实现果园秸秆分层覆盖机械化和农业废弃物高效利用的关键，也是改良旱区果园土壤和发展生态果园、有机果业的重要途经。本文结合矮化密植栽培技术、秸秆分层覆盖工艺和农艺等方面的要求，对项目组前期研制的果园秸秆覆盖机覆土装置进行研究和分析，基于结构简化和提高作业质量的目标，提出了一种抛撒式覆土方案，对覆土装置进行重新设计；基于离散单元法对覆土装置的核心作业部件抛土轮进行仿真分析，确定了抛土轮的结构并优化作业参数；设计并试制台架试验装置，对抛土轮进行实地试验，验证了仿真结果并为覆土装置样机的研制提供依据；完成了覆土装置的研制，对覆土装置的覆盖质量和功耗进行了试验研究，完全满足果园秸秆覆盖机覆土要求。主要研究结论如下： （1）研究了矮化果园秸秆覆盖机应满足的农艺要求和机具要求，提出了一种双侧抛撒式覆土装置，适用于果园秸秆-薄土分层覆盖中的覆土作业；对装置的核心部件抛土轮提出了曲面叶片式、叶片刀式、旋耕刀式抛土轮三种方案，通过对抛土轮进行理论分析得知，抛土轮采用底部抛土作业方式、抛土轮直径D=400mm、抛土轮叶片数量为6时，满足薄土层覆盖的作业需求。 （2）对覆土装置的核心部件抛土轮进行仿真分析，结果表明，抛土轮叶片宽度为10cm、叶片扭转角为0°、叶片切角为20°时，薄土层覆盖效果较好；抛土轮转速、入土深度和抛土角为影响显著的因素，抛土轮转速对覆盖宽度影响最为显著，入土深度对覆盖厚度影响最为显著；在稳定作业阶段，薄土层覆盖宽度均匀性为100%，漏盖率为0，最大覆盖宽度为241.2cm，覆盖厚度为22.0~42.0mm可调。 （3）提出了导轨滚轮式和滑槽导轨悬挂式两种方案抛土台架试验装置，确定滑槽导轨悬挂式为台架试验装置方案；研制台架试验装置并实地进行抛土轮台架试验，结果表明，台架试验的抛土规律与离散元试验的抛土规律一致，最大覆盖宽度为251.3cm，覆盖厚度为23.2~40.7mm可调，符合作业要求；建立覆盖宽度和厚度与抛土轮转速、入土深度、抛土角之间的二次回归模型，其决定系数分别为0.9753和0.9682。 （4）根据离散元仿真分析和台架试验结果优化样机结构，完成了抛撒式覆土装置的研制及安装调试。两侧抛土轮一前一后错位布置，液压伸缩式调节抛土机构作业幅宽，覆盖宽度限制为1.4~2.2m任意可调；采用BMR100液压马达与抛土轮直连的方式，提高了传动效率；在抛土轮叶片的迎土端加装了切土刀，提高了覆土装置的作业性能和覆盖质量，降低了装置的作业能耗。 （5）对覆土装置进行覆盖试验，结果表明，宽度均匀性为100%，厚度均匀性大于94.6%，厚度准确性大于94.9%，漏盖率为0，覆盖厚度为23.2~40.7mm可调，与离散元仿真分析和台架试验结果基本一致；建立厚度与抛土轮转速、入土深度、抛土角之间的二次回归模型，其决定系数为0.9757；厚度模型计算值与实测值之间的决定系数为0.9569，在覆土装置覆盖作业中，通过调节抛土轮转速、入土深度和抛土角可获得生产实际所需的薄土层覆盖厚度。 （6）对覆土装置进行功耗试验，结果表明，加装切土刀可以有效的提高抛土轮的切土性能，减少作业过程中的阻力矩，降低了作业功耗；单侧抛土机构作业过程中所需要的均值扭矩为42.21~91.28N·m，均值功率为1.05~2.33kW；试验过程中峰值扭矩为160.74N·m，峰值功率为4.18kW，峰值扭矩和峰值功率受地况影响的随机性因素太多，峰值数据仅供参考。

目录

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主要符号对照表

第一章 绪论

1.1研究的背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及技术路线

1.4论文结构组织

第二章 覆土装置方案设计与抛土轮离散元仿真分析

2.1覆土装置方案设计

2.2抛土轮结构方案设计

2.3抛土轮离散元仿真模型

2.4抛土轮离散元仿真分析

2.5本章小结

第三章 台架试验装置的设计与试验

3.1台架试验装置方案设计

3.2台架试验装置主要零部件设计

3.3台架试验装置的研制及安装调试

3.4台架试验安排

3.5台架试验

3.6本章小结

第四章 覆土装置的设计与田间试验

4.1覆土装置总体结构设计

4.2覆土装置主要零部件设计

4.3覆土装置的研制及安装调试

4.4覆土装置试验安排

4.5覆土装置试验

4.6本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

致谢

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