矮化苹果园秸秆基质覆盖机改进与试验研究

摘要

苹果集约栽培技术已成为世界苹果栽培模式的主流，新技术的引进带来了我国苹果栽培制度的重大变革。研究果园秸秆基质覆盖机械化技术并研制相应果园作业装备是提高果园秸秆覆盖技术效益的关键，也是实现秸秆资源高效利用的重要途径。同时，该技术对改善果园水肥条件、提高果园产量和果品品质具有重要意义。
　　本文通过对项目组前期研制的矮化苹果园秸秆基质覆盖机一代样机的覆土机构、下料机构进行试验和分析，明确了样机存在的问题并提出改进方案;基于UG和EDEM软件对主要部件进行三维建模和仿真分析，完成了第二代样机的设计和研制;在此基础上对第二代样机进行了秸秆基质覆盖作业试验研究。本论文的主要工作及取得的主要结论如下:
　　(1)利用EDEM离散元软件对覆土机构中匀土部件的集土箱和匀土螺旋进行仿真分析，为其改进提供依据。根据仿真结果确定匀土部件中的螺旋叶片缺口角度为30°，转速80～150r/min;分土铲安装铲刃与铲面呈123°夹角;提土部件的传动与固定采用两条单侧弯板链条;随后完成了覆土机构的改进和研制。
　　(2)对覆盖机下料机构提出无动力辊带式、滑槽振动式、抖动板式和铁链刮板式四种改进方案，确定铁链刮板式为下料机构改进方案。设计的下料辅助机构的功率为4.58kW，主传动轴轴径50mm，采用BMP-125摆线液压马达作为动力源，WPA120蜗轮蜗杆减速器传递动力;完成了下料辅助机构的三维建模及其研制工作，并对改进完成后的覆盖机进行整体安装。
　　(3)对覆盖机下料机构进行两因素三水平正交试验。结果表明，下料辊正转能实现较大厚度的覆盖效果，且正转转速对覆盖厚度影响较大;下料辊反转能实现较小厚度的覆盖效果，且在下料辊反转情况下，下料刮板转速对覆盖厚度影响较大。当行车速度与下料辊转速分别为0.6km/h与26r/min时，下料辊正转覆盖效果最接近最佳覆盖厚度，且其厚度均匀性系数和准确性系数达到98.0％和96.8％;当行车速度与下料刮板转速分别为0.8km/h与12.3r/min时，下料辊反转覆盖效果最接近最小覆盖厚度，此时厚度均匀性系数和准确性系数为96.0％和95.2％;厚层覆盖和薄层覆盖下的覆盖宽度均匀性系数全部达到100％，宽度准确性系数均达到90％以上。
　　(4)分别建立了厚层覆盖和薄层覆盖下覆盖厚度与行车速度和下料辊（或下料刮板转速）的二元线性模型，模型的决定系数分别为0.979和0.985，两个模型Pr＞F小于等于0.0001，两模型均为极显著，说明行车速度、下料辊（或下料刮板）转速与覆盖厚度之间存在良好的线性相关性;厚层覆盖下的覆盖厚度计算值与实测值之间的决定系数为0.941，薄层覆盖下覆盖厚度计算值与实测值之间的决定系数为0.922;根据覆盖基质厚度模型，覆盖机在对菌渣进行覆盖作业时可实现3.6cm～13.8cm范围内任意厚度的覆盖。
　　(5)覆土机构的试验结果表明，覆盖基质的薄土层盖压厚度合格率均在50％左右，薄土层盖压宽度合格率大于60％。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 矮砧果园覆盖技术研究现状

1．2．2 果园覆盖作业机械化发展现状

1．2．3 矮化苹果园秸秆基质覆盖机第一代样机概况及存在问题

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 论文结构组织

第二章 覆土机构的试验及改进

2．1 覆盖机第一代样机结构及工作原理

2．2 一代样机覆土机构的初步试验及存在问题

2．2．1 样机覆土机构的初步试验

2．2．2 覆土机构存在的问题

2．3 覆土机构对土壤作用的颗粒离散元仿真分析

2．3．1 仿真模型的建立

2．3．2 EDEM参数的选取

2．3．3 仿真过程与结果分析

2．4 覆土机构的改进设计及加工

2．4．1 覆土机构改进方案的三维设计

2．4．2 覆土机构的改进加工

2．5 本章小结

第三章 下料机构的试验及改进

3．1 下料机构的试验及问题分析

3．1．1 下料机构的初步试验及存在问题

3．1．2 下料机构试验结果分析

3．2 下料辅助机构的方案设计

3．2．1 无动力辊带式

3．2．2 滑槽振动式

3．2．3 抖动板式

3．2．4 铁链刮板式

3．3 下料辅助装置主要零部件的设计

3．3．1 铁链刮板受力分析及功率计算

3．3．2 传动装置设计

3．3．3 三维模型的建立

3．4 下料辅助装置的研制及安装

3．4．1 传动部件的加工及安装

3．4．2 滑槽与支撑架的加工及安装

3．4．3 铁链、密封板和刮板的加工及安装

3．4．4 整机的安装与试运行

3．6 本章小结

第四章 二代样机的试验研究

4．1 试验安排

4．1．1 试验准备

4．1．2 试验材料及仪器设备

4．1．3 试验指标

4．1．4 覆盖机主要机械参数的确定

4．2 试验方法

4．2．1 下料机构预试验

4．2．2 下料机构性能试验

4．2．3 覆土机构性能试验

4．3 试验结果分析

4．3．1 下料辅助机构试验结果分析

4．3．2 覆土机构试验结果分析

4．3．3 基质层厚度模型的验证

4．4 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

作者简介