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典型沙生灌木平茬技术与机具研究

作　者: 刘志刚
导　师: 王德成
学　校: 中国农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 沙生灌木平茬机往复双动刀圆锯片
分类号: S776.2
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

沙生灌木是我国西部地区防沙治沙、改良沙化土地的重要植物,在我国沙化危害治理中发挥着重要作用。沙生灌木具有适时平茬复壮的生物学特性,但由于大部分沙生灌木未及时平茬,出现了不同程度的生长退化,致使涉及的区域面临二次沙化的危险。沙生灌木不仅具有重要的生态效益,同时还可以带来较好的经济效益。论文研究内容作为国家科技支撑计划项目的关键任务,目标就是突破机械化平茬沙生灌木的瓶颈技术,研制出符合我国国情的沙生灌木收割装备。论文评述了国内沙生灌木生长环境和生物学特性及国内外相关研究动态,在总结分析典型沙生灌木沙柳、柠条基本特性和切割特性的基础上,进行了往复铲式、往复单动刀式、旋转甩刀式、圆锯片式4种切割器的设计与试验。试验表明,往复式切割器适用于收割平坦地形生长的低龄小径级灌木；圆锯片式切割器适用于三年及以上生木质化程度较高灌木的平茬复壮作业；而往复铲式和旋转甩刀式切割器不适合用于灌木平茬作业。论文基于切割器切割灌木时的切割效率、能耗和切割效果,对切割机构、运动参数进行了综合比较与优化,并设计研发了2种灌木平茬机。针对低龄小径级灌木的平茬问题,设计了具有对称双曲柄连杆机构的往复双动刀式灌木平茬机,分析了其割刀位移、速度、加速度与曲柄转角的关系,并进行了仿真验证。针对地势条件复杂,木质化程度高的多年生灌木平茬问题,设计了具有横、纵向仿形功能的圆锯片式自走灌木平茬机,分析了锯片直径、齿数、单齿进给量、锯片转速与机具前进速度的关系,并提出人工操纵仿形与机具自适应仿形相结合的灌木平茬仿形方式。利用往复双动刀式灌木平茬机对二年生柠条进行平茬试验,其最佳工作参数为：曲柄转速n=632r/min,切割速比λq=1.6。此工作参数下各项指标为：茬高不合格率小于等于2.5%,破茬率小于等于3.1%,漏割率小于等于2.5%,生产率0.38hm2/h。利用圆锯片式自走灌木平茬机对五年生沙柳进行平茬试验,其最佳工作参数为：圆锯片线速度为50m/s；灌丛株数小于80株/丛时机具的行走速度为0.44m/s,灌丛株数在80～110株/丛之间时机具的行走速度为0.34m/s,灌丛株数大于110株/丛时机具的行走速度为0.24m/s;沙柳丛植株数量、植株直径、丛下沙丘高度对机具作业速度影响较大,平茬时应根据灌丛的生长情况适时调整机具前进速度。研究和试验表明,论文设计研制的圆锯片式自走灌木平茬机实现了人工手动仿形与机具自适应仿形相结合的仿形方式,具有切割灌木时超低速行走与灌木丛间高速行走移动相结合的机具行走功能；铰接式车体结构确保了机具在停止或前进时切割部件均能以铰接点为中心形成扇面切割轨迹,提高了机具灵活性,增大了收割幅宽和收割效率；设计开发的双四连杆结构与拉伸弹簧结合仿形机构、主机与切割部件机架采用旋转轴铰接机构,实现了圆锯片式灌木平茬机自适应纵向、左右两侧横向仿形：设计开发的相向向外旋转的圆锯片,配合倒V型诱导杆,实现了切割后枝条的集条,为后期高效移出田间创造条件。论文研发的沙生灌木平茬机在田间试验中体现了较好的作业效果,能够满足我国目前不同类型灌木林平茬复壮的需要,具有较好的推广应用前景。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-12
第一章绪论  12-26
  1.1 研究背景  12-18
  1.2 研究现状  18-23
  1.3 课题来源及研究内容和方法  23-26
第二章典型沙生灌木力学特性及切割性能分析  26-34
  2.1 典型沙生灌木材力学特性  26-28
  2.2 切削速度对锯切指标影响  28
  2.3 含水率对锯切特性的影响  28-29
  2.4 切削基本参数  29-31
  2.5 圆锯片  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第三章灌木收割技术研究  34-52
  3.1 灌木的切割方式与类型  34-36
  3.2 灌木的切割工具型式  36-39
  3.3 灌木的切割速度  39-40
  3.4 灌木的收获方法  40-41
  3.5 灌木的收获机械  41-50
  3.6 本章小结  50-52
第四章不同类型切割器切割灌木试验研究  52-70
  4.1 往复铲式切割器设计与试验  52-55
  4.2 往复单动刀式切割器试验  55-59
  4.3 甩刀式切割器设计与试验  59-65
  4.4 圆锯片式切割器设计与试验  65-68
  4.5 本章小结  68-70
第五章典型沙生灌木平茬机整机研究设计  70-92
  5.1 往复双动刀式灌木平茬机研究设计  70-75
  5.2 圆锯片式灌木平茬机研究设计  75-91
  5.3 本章小结  91-92
第六章灌木平茬机性能试验与参数优化  92-102
  6.1 试验目的  92
  6.2 试验内容及方法  92
  6.3 测试指标  92-93
  6.4 往复双动刀式灌木平茬机性能试验与结果分析  93-95
  6.5 圆锯片式灌木平茬机性能试验与结果分析  95-100
  6.6 本章小结  100-102
第七章结论  102-104
  7.1 主要结论  102-103
  7.2 研究特色与创新点  103
  7.3 存在问题与建议  103-104
参考文献  104-109
致谢  109-110
作者简介  110-111

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