三向可调式V型覆土镇压器设计及其防粘技术研究

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东北寒地旱作农业区因耕地垦殖时间太长、耕作模式使土壤扰动量大,耕地面临严重退化、土壤缺水失墒等问题,导致播种作业质量严重下降。原茬地免耕覆秸精量播种技术利用秸秆侧向抛出的原理,在土壤扰动量较小的前提下,一次进地可完成清秸覆秸、精量播种、侧深施肥、覆土镇压、药剂喷洒等多项作业环节,其中覆土镇压是该种植模式中的重点技术环节。本文针对原茬地免耕覆秸播种技术中的覆土镇压问题,设计了一种与原茬地免耕覆秸播种机相配套的角度三向可调式V型覆土镇压器,同时为解决免耕覆秸土壤黏湿环境下覆土镇压器工作过程中土壤粘附问题,通过设计防粘结构和利用表面防粘涂层两种技术途径,进而解决东北黏壤土秸秆覆盖地免耕播种镇压器粘土影响作业等问题。其中主要研究工作内容如下。(1)三向可调式V型覆土镇压器总体方案与结构设计:根据2BMFJ系列原茬地免耕覆秸精量播种机的相关技术要求和农业机械设计手册中对覆土镇压装置的设计要求,设计了一种角度三向可调式V型覆土镇压器,提出了V型覆土镇压器的总体结构设计方案,对其工作原理进行分析,给出了主要构成部件和关键工作部件的要求,对关键工作部件覆土镇压圆盘进行结构参数设计与计算。(2)土壤粘附过程分析与ABAQUS有限元虚拟分析:根据现代农业机械学和土壤粘附力学相关理论,分析了覆土镇压器的覆土镇压圆盘与土壤相互作用与土壤粘附过程及产生的原因。利用ABAQUS有限元分析软对覆土镇压器与土壤接触运动过程的相互作用,得到覆土镇压器工作过程中对土壤压实的模拟值约为34.641.5kPa,满足覆土镇压器对开沟播种后的覆土压实的农艺效果,虚拟计算出镇压器的覆土镇压圆盘对土壤压实后的土壤模型三维方向上的应力、应变及位移值。(3)三向可调式V型覆土镇压器的UHMWPE防粘结构设计:基于现代仿生学研究成果与UHMWPE防粘材料属性,在覆土镇压器触土表面设计一组防粘土结构,为研究通过改变结构分布方式实现合理的防粘技术。利用混合正交优化方法,以不同土壤类型黏(壤)土、砂土、防粘结构发均布个数、土壤含水量、载荷和作业速度为影响因素,以土壤粘附量和土壤紧实度为响应函数,进行五因素三水平混合正交试验,探究各个因素对指标的影响显著性和影响综合指标的主次顺序,优化结果表明:当防粘结构分布个数为12、土壤含水量≤25%左右、载荷≥800N、速度≤7.2 km?h-1时,在东北黑黏壤土环境下,具有防粘结构的覆土镇压器的土壤粘附量为42.9 g,土壤紧实度为40.5 kPa。金属圆盘覆土镇压器的土壤粘附量为85.5g,土壤紧实度为38.3 kPa。较金属圆盘镇压器减粘性能提高49.8%;在模拟砂壤土环境中的同等最优参数条件下,土壤粘附量可以忽略不计,防粘覆土镇压器土壤紧实度为43.0 kPa,金属覆土镇压器土壤紧实度为38.7 kPa。能满足镇压性能要求。(4)聚四氟乙烯(PTFE)涂料涂层防粘土技术研究:通过涂层配方试制和喷涂固化加工,制造了具备防粘涂层的覆土镇压器。在与UHMWPE材料防粘覆土镇压器装置试验的同等环境下,得到影响涂层防粘镇压器的土壤粘附量的极显著因素是土壤含水量,影响涂层防粘镇压器土壤紧实度的极显著因素是载荷,综合考虑土壤粘附量与土壤紧实度指标,得到最优参数组合与影响综合指标主次顺序是,土壤含水量≤25%,速度≤7.2 km?h-1,载荷≥800N。(5)三向可调式V型覆土镇压器防粘技术比较试验研究:在黏土、黏壤土两种土壤类型条件下,以土壤含水量为试验因素,对比三种覆土镇压装置在两种土壤类型条件下,各个镇压器的覆土、镇压及防粘等综合性能。为不同土壤条件下,对免耕覆秸播种后的覆土镇压装置及其防粘技术的选型提供参考。
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