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一年两熟地区拨草与分草组合式玉米免耕播种防堵技术研究

作　者: 高娜娜
导　师: 张东兴
学　校: 中国农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 玉米免耕播种防堵小麦秸秆绕流仿真
分类号: S223.2
类　型: 博士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

我国黄淮海地区广泛采用小麦-玉米一年两熟的种植模式,小麦茬地上免耕播种玉米时面临小麦秸秆、根茬等堵塞免耕播种机作业部件导致晾籽、播种质量差、工作效率低等问题。目前在用的主动防堵式玉米免耕播种机功耗大、土壤扰动量大,而被动防堵式免耕播种机防堵效果差,严重影响作业质量和效率。本文基于小麦秸秆与防堵机构相互作用机理提出拨草和分草相结合的防堵思路,创新研制出驱动滚筒与分禾栅板组合式防堵机构,实现低耗、高效、高适应性防堵。主要结论和研究成果如下：(1)基于小麦秸秆与防堵机构相互作用机理,首次提出环量绕流拨草和边界层分草相结合的防堵思路,以拨草取代切草,有效防堵的同时显著降低功耗；创新研制出驱动滚筒与分禾栅板组合式防堵机构,驱动滚筒在流场中具有良好的绕流性能,保证在作业过程中不间断地拨草,有效清除种带上的秸秆,分禾栅板防止其再次落回种沟,从而创造清洁的种床,保证播种质量。(2)依据边界层理论、有环量绕流等流体流动特性,分析小麦秸秆与防堵机构相对运动时发生分离的特点,推导出流线型物体分离点靠后、形状阻力小。设计地轮驱动抛物线型滚筒拨草,凸形分禾栅板防止播种圆盘受秸秆影响产生晾籽。初步试验表明,驱动滚筒与分禾栅板组合式防堵机构能有效清除播种机前方秸秆并创造良好的种床。(3)采用SolidWorks的配置功能建立具有不同速比λ、杆数z和半径r等显著影响驱动滚筒作业效果的滚筒参数模型,在Adams中进行运动学仿真,结果表明,速比、杆数和直径与滚筒拨草程度均成正比,进一步分析得出直径150mm的5杆滚筒在速比为1.24时具有良好的拨草效果。田间试验与仿真结果一致,试验结果表明配备有驱动滚筒的免耕播种机各项作业指标符合相关标准要求。(4)分禾栅板将前方滚筒甩出的秸秆分流,避免回落入种沟,同时引导秸秆至相邻种行间远离种带,创造清洁种床。通过CFD软件对分禾栅板形状进行仿真得出凸形分禾栅板的分流能力优于其他流线型,分禾杆曲率半径对分草效果影响显著。基于流体经过不同参数的分禾杆时速度分量及壁面切应力大小的比较,得出分禾栅板张角35。、曲率半径750mmm时,分流效果较好。(5)应用驱动滚筒与分禾栅板组合式防堵机构在河北、山东和河南等地进行田间试验。结果表明本防堵机构通过性良好,作业效率高,平均土壤扰动率为17.8%,平均种带秸秆清洁率为81.1%,晾籽率、播种深度合格率、施肥深度合格率和种肥间距合格率分别为1.1%、95%、91.7%、93.3%,能满足玉米免耕播种的农艺要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-13
第一章绪论  13-33
  1.1 我国玉米生产及其机械化  13
  1.2 黄淮海地区玉米免耕播种技术研究现状  13-18
  1.3 国内外免耕播种机研究现状  18-21
  1.4 国内外免耕播种防堵技术研究现状  21-28
  1.5 研究目的与意义  28-29
  1.6 研究内容与方法  29-33
第二章麦茬地免耕防堵机理研究及方案设计  33-43
  2.1 秸秆-防堵单元体作用机理研究  33-40
  2.2 驱动滚筒与分禾栅板组合式防堵机构总体方案  40-41
  2.3 本章小结  41-43
第三章驱动式防堵滚筒研究  43-67
  3.1 研究的理论依据——流动的基本形式  43-47
  3.2 防堵滚筒拨草原理及主要参数分析  47-53
  3.3 防堵滚筒关键参数仿真分析  53-58
  3.4 防堵滚筒关键参数试验  58-64
  3.5 本章小结  64-67
第四章分禾栅板及分草机理研究  67-87
  4.1 分禾栅板基本结构及工作原理  67-71
  4.2 分禾栅板参数的CFD仿真分析  71-83
  4.3 分禾栅板参数试验  83-84
  4.4 本章小结  84-87
第五章防堵机构的田间试验  87-105
  5.1 防堵机构设计及改进  87-88
  5.2 主要技术参数及特征  88-94
  5.3 防堵机构性能田间试验  94-102
  5.4 本章小结  102-105
第六章结论与建议  105-109
  6.1 主要研究结论  105-106
  6.2 创新点  106-107
  6.3 存在问题及建议  107-109
参考文献  109-117
致谢  117-119
作者简历  119

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