直播機組合式種床裝置的設計范文

本站小編為你精心準備了直播機組合式種床裝置的設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《華中農業大學學報》2016年第四期

摘要

為降低油菜直播機作業功耗，設計一種深淺旋組合式種床整備裝置。該裝置旋耕彎刀采用多區段雙頭螺旋線對稱排列安裝方式，作業時將廂面分為交錯排列的種床帶和滅茬帶，實現種床帶深旋播種、滅茬帶淺旋滅茬的功能。結合油菜種植農藝要求，確定種床帶和滅茬帶主要設計參數和刀片的整體排列方式。田間試驗表明，在試驗工況一致前提下，直播機作業幅寬全旋耕作業功耗占直播機耕整部件功耗的72．53％～82．20％；與油菜直播機作業幅寬全旋耕相比，深淺旋組合式種床整備裝置作業功耗減少14．13％～18．04％，其作業質量指標中植被埋覆率、碎土率及耕后地表平整度仍滿足旋耕作業標準要求；對安裝有深淺旋組合式種床整備裝置的直播機作業后的廂面進行地表輪廓分析，所得廂面平整，畦溝溝型穩定。研究結果表明，深淺旋組合式種床整備裝置能有效降低直播機整機作業功耗，為直播機整機結構改進和作業功耗優化提供參考。

關鍵詞

油菜直播機；旋耕作業；種床整備；深淺旋組合；作業功耗長江中下游油菜種植前茬作物一般為水稻，作業時地表通常進行全部旋耕作業。種床整備裝置是2BFQ－6型油菜直播機的關鍵部件，其結構直接影響直播機作業功耗、作業效率、種床整備質量及油菜生長發育狀況［1］。種床整備裝置設計主要包括旋耕彎刀結構設計、刀片安裝排列方式及作業參數等方面［2－5］。目前，為降低種床整備裝置作業功耗、提高作業質量，國內外學者針對旋耕彎刀結構參數優化及旋耕彎刀安裝排列方式，通過仿真試驗［6－9］、土槽試驗［10－11］及田間試驗［12－14］等進行了大量研究。2BFQ－6型油菜直播機進行作業幅寬全旋耕，一次作業可以獲得滿足油菜種植農藝要求的廂面。廂面油菜種子發芽生長區域（以下簡稱種床帶），需進行滅茬除草和應具有適宜的細碎土壤量及松碎土層深度，為油菜種子發芽生長提供良好條件；廂面非油菜種子發芽生長區域（以下簡稱滅茬帶），相較于種床帶，旋耕作業時，對細碎土壤量及松碎土層深度要求可相對降低，只需滅茬除草，防止雜草等生長對油菜種子發芽生長的影響。根據2BFQ－6型油菜直播機作業幅寬全旋耕設計要求，直播機旋耕刀輥刀軸上都安裝回轉半徑為245mm的旋耕彎刀，進行全幅寬旋耕作業時滅茬帶與種床帶耕作深度一致，功耗較大。因此，優化直播機種床整備裝置，有助于降低直播機整機作業功耗。針對全幅寬旋耕作業功耗較大的問題，研究設計一種油菜直播機深淺旋組合式種床整備裝置，實現在種床帶深旋播種，在滅茬帶淺旋滅茬功能，并通過田間對比試驗，考察該裝置能否有效降低整機作業功耗以及能否滿足油菜種植農藝要求，為直播機整機結構改進和作業功耗優化提供參考。

1結構設計與分析

1．1總體結構及工作原理

油菜直播機種床整備裝置對稱布置在油菜直播機中央齒輪箱兩側，作業幅寬為2m，轉速為386r／min，通過高速旋轉，種床整備裝置切斷稻茬、雜草莖稈及根系，切碎土壤，一次作業形成適合油菜播種的廂面。全幅寬旋耕作業全部安裝回轉半徑為245mm旋耕彎刀，左右刀輥各22把，其中左旋彎刀及右旋彎刀各11把，彎刀按雙頭螺旋線排列［15］。因此，需要對旋耕刀輥進行重新設計，按照作業要求，旋耕彎刀以多區段雙螺旋線對稱方式排列，均分布在刀軸周向上，使刀軸受力平穩及轉動平衡。深淺旋組合式種床整備裝置結構及作業示意圖如圖1。該裝置刀輥刀軸一頭通過花鍵連接于齒輪箱底部動力輸出軸，為種床整備裝置提供動力。單側裝置由刀輥刀軸、刀座、旋耕彎刀及防纏草板組成。根據設計要求，旋耕刀輥刀軸上安裝有2種類型旋耕彎刀，旋耕彎刀按照多區段雙螺旋線對稱排列方式安裝，形成交錯排列的種床帶與滅茬帶各3個。田間作業時，通過拖拉機后動力輸出軸帶動種床整備裝置旋轉，在種床帶深旋播種，為幼苗生長提供適宜種床，在滅茬帶淺旋滅茬，切斷稻茬及雜草根系。同時，由安裝在旋耕刀輥兩側的開畦溝系統作業出廂面兩側畦溝及由安裝在旋耕刀輥后面的仿形拖板平整壓實廂面，形成最終滿足油菜種植農藝要求的整潔畦溝及平整廂面。

1．2刀片排布

種床帶主要提供適合油菜生長發育的良好著床環境，寬度為100mm，旋耕作業深度為110mm。作業時，為使種床帶具有充足的細碎土壤及松碎土層深度和盡量消除旋耕彎刀軸向側推土壤效應，結合油菜種植農藝要求，在種床帶安裝4把回轉半徑為245mm的旋耕彎刀，均布在旋耕刀軸上，其中左旋彎刀及右旋彎刀各2把。每個種床帶包含2個切土小區，每個切土小區旋耕彎刀同向且指向種床帶，使旋耕作業時土壤盡量往種床帶堆積，保證種床帶細碎土壤量，從而盡量減少往滅茬帶竄動的土量。旋耕彎刀均布在刀軸上，使刀軸周向質量分布均勻，轉動平穩。滅茬帶主要旋耕作業除掉稻茬根茬及雜草，防止雜草等生長影響油菜幼苗生長發育，寬度為180mm，旋耕作業深度為60mm。作業時，為減少旋耕過程中漏切、重切現象，同時消除旋耕彎刀軸向側推土壤效應，結合農藝及裝置設計要求，在滅茬帶安裝6把回轉半徑為195mm的旋耕彎刀，均布在旋耕刀軸上，其中左旋彎刀及右旋彎刀各3把。每個滅茬帶包含3個切土小區，每個切土小區安裝2把旋向相異的旋耕彎刀，使作業時左旋及右旋彎刀片依次入土，使刀軸載荷及轉動平穩。刀片整體按照多區段雙螺旋線對稱方式排列，為使種床整備裝置作業時整體負荷變化均勻，沖擊載荷及轉動平穩性好，對種床帶及滅茬帶旋耕彎刀排列方式進行整體設計，旋耕彎刀安裝周向展開圖如圖2所示，橫坐標表示距廂面中軸線距離，縱坐標表示刀軸周向展開相位角。以耕幅中分面為基準，從耕幅中分面開始，從近到遠，依次為種床帶旋耕刀組、滅茬帶旋耕刀組各3個。其中相鄰種床帶旋耕刀組間的軸向距離為180mm，相鄰滅茬帶旋耕刀組間軸向距離為100mm。左右兩邊種床整備裝置關于耕幅中分面對稱布置，周向夾角為5°。

2田間試驗

種床整備裝置是直播機種床整理的核心部件，不同結構的種床整備裝置對直播機的作業功耗、種床整理作業質量都會產生影響。直播機耕整地作業主要由2個部件組成，開畦溝系統及種床整備裝置，其作業功耗可以分別通過測量直播機牽引功耗及旋耕作業功耗獲得。為研究旋耕作業功耗所占直播機耕整地功耗比例及深淺旋組合式種床整備裝置的相關作業效果，在同一塊試驗田開展直播機深淺旋組合式種床整備裝置及作業全幅寬旋耕田間對比試驗。試驗前通過預試驗明確后懸掛液壓手柄位置與直播機耕深關系，并測得在預定耕深時拖拉機各試驗擋位的前進速度。試驗地點為華中農業大學現代農業科技試驗基地，選取地表平整、稻茬均勻分布的地塊作為試驗區域。

2．1作業功耗

1）功耗測試系統。

2）功耗測試方法。田間試驗前調試好測試系統，并分別對安裝有深淺旋組合式種床整備裝置和作業幅寬全旋耕的油菜直播機進行試驗。其中，只在安裝有作業幅寬全旋耕的油菜直播機進行牽引功耗測試；對深淺旋組合式種床整備裝置和作業幅寬全旋耕油菜直播機進行旋耕功耗試驗時，直播機中只有旋耕裝置不同，其他部件均相同。試驗時根據前期試驗結果，通過控制拖拉機后懸掛液壓手柄位置使每次試驗耕深為110mm，且拖拉機手油門置于最大位置以保證在相同擋位時拖拉機作業速度及動力輸出軸轉速相等。

2．2作業質量

3結果與分析

3．1功耗田間試驗結果如表1所示，對安裝有作業幅寬全旋耕的直播機牽引功耗及旋耕功耗進行分析，與旋耕作業功耗相比，雖然隨著作業速度的增加，開畦溝系統作業功耗增幅較旋耕作業功耗增幅大，但在直播機正常作業速度范圍內，開畦溝系統作業功耗只為旋耕系統作業功耗的17．80％～27．47％，即旋耕系統占直播機整個耕整作業功耗的72．53％～82．20％，表明直播機耕整地作業過程中，作業幅寬全旋耕作業功耗所占比重較大。如降低旋耕作業功耗，可有效降低直播機整機作業功耗。對分別安裝有深淺旋組合式種床整備裝置和作業幅寬全旋耕的油菜直播機旋耕功耗進行分析，深淺旋組合式種床整備裝置和作業幅寬全旋耕的功耗隨作業速度的增加而增大。

3．2作業質量田間作業質量試驗結果如表2所示，作業幅寬全旋耕和深淺旋組合式種床整備裝置的植被埋覆率、碎土率及耕后地表平整度都隨作業速度的提高而降低。由于試驗地塊土壤黏重板結，土壤團粒間粘結力較大，土塊不易破碎，地表水稻秸稈成青綠色且秸稈量較大，稻茬較高，相較于田間雜草，水稻秸稈具有較強的韌性，不易切斷，致使田間旋耕作業時，作業質量指標植被埋覆率、碎土率及耕后地表平整度值有所降低。深淺旋組合式種床整備裝置和作業幅寬全旋耕刀輥轉速、作業速度、種床帶耕作深度及2種旋耕彎刀切土節距相等。由于深淺旋組合式種床整備裝置作業時，滅茬帶安裝的旋耕彎刀回轉半徑變小，作業深度減小，與作業幅寬全旋耕相比，滅茬帶區域旋耕深度減少，擾動土壤量減少32％，整個作業后廂面松碎土壤明顯減少。而所選試驗地表稻茬較高，平均高度為453．6mm，秸稈量較大，平均量為1．37kg／m2，同時水稻秸稈比較有韌性，不易旋耕切斷。當作業廂面松碎土壤量明顯減少時，沒有足夠的土壤量來覆蓋大量秸稈，從而使裸露在廂面表面的秸稈量增加，植被埋覆率指標下降明顯。對于碎土率指標，就耕作前進方向土垡而言，相較于回轉半徑較大的旋耕彎刀前方土垡，在旋耕半徑較小作業區域前方某土垡能夠較晚地進入彎刀切削范圍，且切削甩起后再次掉到彎刀回轉打擊區域的概率明顯降低（回轉打擊區域面積較小），從而使土垡與旋耕彎刀觸時間較短，被彎刀切削打擊次數較少。同時由于種床帶只占整個作業幅寬區域的30％，與作業幅寬全旋耕相比，松碎土層整體大土垡增多，使深淺旋組合式種床整備裝置碎土率指標下降明顯。由于碎土率指標的下降，表明大土垡所占比例提高，大土垡越多，廂面橫截面越高低起伏不平，從而導致地表平整度指標的下降。由于碎土率指標下降比較明顯，從而地表平整度指標下降也較明顯。對在由安裝有深淺旋組合式種床整備裝置的直播機連續4廂作業后的地表測量所獲得的數據進行地表輪廓分析，把數據坐標點值導入Matlab軟件后，進行去噪，曲面擬合及平滑處理后，獲得作業廂面輪廓（圖6）。所得廂面平整，畦溝溝型穩定。

4討論

研究設計了一種深淺旋組合式種床整備裝置，該裝置作業時把廂面分為交錯排列的種床帶及滅茬帶，實現種床帶深旋播種，滅茬帶淺旋滅茬功能。對種床帶及滅茬帶主要設計參數進行分析并確定了刀片整體排列方式。同時田間試驗表明，與作業幅寬全旋耕相比，深淺旋組合式種床整備裝置作業質量指標植被埋覆率、碎土率及耕后地表平整度仍滿足旋耕作業標準要求；對由安裝有深淺旋組合式種床整備裝置的直播機作業后的廂面進行地表輪廓分析，所得廂面平整，畦溝溝型穩定。

參考文獻

［1］田波平，廖慶喜，黃海東，等．2BFQ－6型油菜精量聯合直播機的設計［J］．農業機械學報，2008，39（10）：211－213．

［2］芳，賀小偉，余水生，等．基于ANSYS／LS－DYNA的螺旋裝置土壤切削有限元模擬［J］．農業工程學報，2013，29（10）：34－41．

作者:張青松 肖文立 廖慶喜 丁幼春 廖宜濤 萬國偉 周洋 單位：華中農業大學工學院