摘要：针对现有室内土槽测控方式落后、旋耕刀辊更换不便,以及田间试验的土壤环境因素不可控等问题,提出了一种用于旋转耕作部件性能测试的专用智能化测试试验台,阐述了其设计原理及测控方式。试验台由测试台车及轨道系统构成,测试台车集旋耕、土壤平整、土壤压实、耕深调节功能于一体,功能相对独立,能够实现刀辊快速更换;轨道系统由多段拼装而成,长度可扩展,高度可调节,位置可移动。测试台车行走、旋耕作业及耕作深度调节均采用电力拖动方式;控制系统以PLC为核心,借助无线射频LoRa通信控制技术,实现无线控制输入;通过调试,测试台车可实现0~1.17 m/s前进速度、0~340 r/min旋耕转速及0~30 cm耕作深度的稳定无级调节。测试系统集前进速度、刀辊扭矩、刀辊转速、刀辊功耗等多参数测试于一体,通道可扩展,同时采用无线数据传输方式,传感器数据与计算机之间采用无线连接。应用该试验台开展了旋耕刀辊功耗试验,以前进速度、刀辊转速及耕作深度为因素,以功耗为指标,对普通旋耕刀辊开展了三元二次旋转正交组合试验;以螺旋横刀刀宽、安装角为因素,以功耗为指标,对组合旋耕刀辊进行了试验。试验表明,所设计的旋转耕作部件性能测试试验台满足多因素多水平的测试需求,验证了该试验台对不同旋转耕作部件的良好适应性。

摘要：为适应长江中下游水旱轮作多熟制稻作区的秸秆还田与土壤耕作,降低现有组合刀辊的作业功耗和轴向负载,开展了螺旋横刀排列方式及结构参数的相关研究。根据对刀辊轴向受力的理论分析,提出平衡刀辊轴向力的初步方案,采用离散元软件模拟不同排列形式的螺旋横刀对土壤的切削过程,仿真结果表明,人字型排列方式的轴向受载稳定性与切削阻力优于锯齿型和交错型。基于人字型排列原则,重新规划旋耕刀的布局并设计配套刀盘,形成一种人字型水旱两用旋埋刀辊。为了进一步降低刀辊功耗,建立螺旋横刀切削土壤的数学模型,分析安装角与刀宽对切削阻力及秸秆埋覆效果的影响,并进行优化。为验证刀辊优化后的区域适用性及减阻效果,进行了田间试验。试验结果表明:人字型水旱两用旋埋刀辊适用于大多数水稻田的秸秆埋覆与土壤耕作,其中耕深均值为18. 10 cm、耕深稳定性系数均值为92. 75%、耕后单幅平整度均值为2. 00 cm、秸秆埋覆率均值为92. 60%,均满足设计要求。同时,在不降低秸秆埋覆率的前提下,人字型刀辊较交错型刀辊降低功耗0. 34%～17. 01%; 50°安装角的螺旋横刀的刀辊较35°安装角螺旋横刀的刀辊降低功耗6. 81%～16. 46%,达到了优化目的。

摘要：深松作业能有效打破犁底层,提高土壤蓄水保墒能力。秸秆还田是秸秆资源利用最为直接有效的方式,将2种保护性耕作方式结合在一起可大大提高作业效率。为了满足深松和秸秆还田同时作业的需求,设计了集土壤深松、破茬碎土、秸秆旋埋、平地等多功能于一体的深松旋埋联合耕整机。该机主要由自激振动深松装置和秸秆还田旋埋刀辊组成,自激振动深松装置可调节预紧力,不仅可以在一定程度上减少深松耕作阻力,还可以在遇到障碍物时有效保护深松铲,深松铲柄的设计利用了滑切原理,可有效切断秸秆和杂草,防止缠绕和堵塞深松铲,对旋埋刀辊进行了重新布置和优化,提高了工作稳定性和破土能力。田间试验表明深松作业可有效减小旋埋刀辊功率;在拖拉机1挡和2挡速度下深松旋埋组合作业总功率分别为单独深松和单独旋埋2项作业之和的85.0%和82.2%;深松旋埋组合作业下深松和旋埋的平均耕深分别为28.9和17.5 cm,耕深稳定性分别为93.5%和87.4%,秸秆埋覆率为92.0%,耕后地表平整度为1.0 cm,深松旋埋联合作业后的各项性能参数均超过质量评定指标,满足农艺要求。

摘要：为解决中国黄淮海地区小麦播种质量差的问题,该研究设计了一种能够构建优质种床结构的种沟镇压播种装置,利用挡板提高种沟的平整性,种子下落到种沟后镇压轮对种床进行镇压,让种子与土壤紧密接触,为种子建立上松下紧的种床环境。对种沟镇压装置受力情况与种沟形成原理进行分析,结合具体农艺需求,确定种沟镇压播种装置的主要参数取值范围:弹簧工作形变量30~70 mm,镇压轮相对高度10~50 mm,挡板相对高度0~100 mm。以播深合格率、播种深度稳定性系数、种沟坚实度为指标,利用Box-Behnken响应面设计建立种沟镇压播种装置关键参数的二次多项回归模型,得到种沟镇压播种装置最佳作业效果的参数:挡板相对高度56.6 mm、镇压轮相对高度22.4 mm、弹簧工作形变量48.2 mm。在最佳参数条件下与覆土镇压装置进行性能对比试验,结果表明,种沟镇压装置的播深变异系数比传统覆土镇压装置降低63.6%,50~100 mm深度土层土壤坚实度提高47 kPa,种沟平整度提高63%。研究结果可为中国黄淮海地区小麦播种提供装备支持和技术参考。

摘要：针对长江中下游两熟制地区土壤黏重板结,传统秸秆还田耕整机作业质量不理想、刀辊易缠绕和功耗大等问题,提出了一种六头螺旋秸秆还田耕整机刀辊。基于滑切原理设计了等滑切角二次切刀,阐述了刀辊结构及工作原理,分析了二次切刀减阻程度及主要作业参数。田间试验结果表明:各因素对功耗和秸秆掩埋率影响显著性由大到小分别为刀辊转速、耕深、作业速度和耕深、作业速度、刀辊转速,对秸秆粉碎率和碎土率影响显著性由大到小为刀辊转速、作业速度、耕深,通过软件分析得到最优参数组合为:耕深12. 7 cm,作业速度0. 7 m/s,刀辊转速273 r/min。验证试验结果表明:最优参数组合下六头螺旋秸秆还田耕整机功耗、秸秆掩埋率、秸秆粉碎率和碎土率分别为31. 9 k W、93. 1%、87. 5%和78. 3%,与软件预测值之间的误差分别为4. 7%、1. 4%、1. 9%和2. 6%。对比试验结果表明:六头螺旋秸秆还田耕整机功耗和秸秆掩埋率较水旱两用秸秆还田耕整机分别低8. 8%和2. 3%,秸秆粉碎率和碎土率分别高3. 0%和6. 1%。

摘要：【目的】针对小麦育种单穗收获、采样工作量大、田间实时采样不便等问题,设计了一款便携式的小麦育种单穗电动脱粒机。【方法】单穗脱粒机采用了脱粒板和清选风机同轴、U型清选风道、清选风量调节可调的结构设计。确定了脱粒板结构、脱粒板转速,清选风机直径、叶片数及风机风速等参数。通过计算流体力学(compu-tational fluid dynamics,CFD)对最小进口风速5 m·s^(-1)、最大进口风速10 m·s^(-1)分别进行清选性能试验。由仿真可知清选区风速均小于小麦籽粒的悬浮速度,大于杂余的悬浮速度,都能够达到小麦清选的要求。利用离散元法(distinct element method,DEM),采用多尺度颗粒聚合的方法建立可脱粒小麦植株模型;通过仿真试验,分析小麦籽粒在脱粒机内的速度和位移随时间的变化规律,对滞种问题进行分析。【结果】为研究脱粒滚筒转速、喂入量、凹板筛间隙对脱粒机滞种的影响,设计3因素3水平正交试验,极差分析法结果表明,各因素于滞种率主次顺序依次为脱粒滚筒转速>喂入量>凹板筛间隙,其中滞种率最小的工作参数组合是滚筒转速为1000 r·min^(-1),喂入量为3穗·次^(-1),凹板筛间隙为6 mm。在小麦育种单穗电动脱粒机样基础上进行了试验验证。结果表明,脱粒机没有滞种现象,脱出籽粒含杂率为0.83%。【结论】小麦育种单穗电动脱粒机有良好的脱粒性能且无滞种问题,满足小麦育种单穗脱粒的要求。

摘要：【目的】基于小麦宽苗带种沟镇压播种原理,设计了一种小麦仿形播种单体的多级镇压装置,解决中国黄淮海地区土壤条件变化引起的小麦种子播种不均匀和土壤镇压不实问题。【方法】通过对仿形播种单体的整体受力分析与EDEM-Recurdyn耦合仿真,得到播种沟镇压力范围为100~300 N。以播深合格率、播深变异系数+、种沟土壤容积质量为试验指标,基于Box-Behnken试验设计方法的土槽试验建立小麦播种单体多级镇压装置关键参数的二次多项回归模型。【结果】土槽试验得到播前土壤容积质量为0.97、1.12、1.25、1.35和1.41 g·cm^(-3)时,种沟镇压力分别为300、250、210、150、100 N。在最佳参数组合条件下,利用小麦播种单体多级镇压装置作业后土壤容积质量稳定在1.3~1.4 g·cm^(-3),播深合格率均值为96.64%,显著改善了种床条件,提高了播种质量。【结论】小麦多级镇压力调控播种单体能满足黄淮海地区播种作业需求,可为中国黄淮海地区小麦播种提供装备支持和技术参考。

摘要：【目的】针对秸秆还田机刀辊中螺旋横刀因切削阻力大、耕深不足影响秸秆掩埋效果的问题,开展螺旋横刀优化研究,实现秸秆旋埋作业功能。【方法】建立螺旋横刀作业过程的参数化模型,分析动态参数的变化规律,确定决定影响耕整性能的主要因素及取值范围。通过土槽试验,开展对螺旋横刀结构参数的二次曲面拟合分析和作业参数的三元二次回归分析。【结果】螺旋横刀结构参数最优组合为刀具宽度35 mm,前角50°;作业参数最优组合为前进速度0.72 m·s^(-1),旋耕转速320 r·min^(-1)及作业深度174 mm。基于最优作业参数对结构优化前后的螺旋横刀进行田间对比试验,结果表明,在不降低秸秆埋覆效果的情况下功耗降低10.05%。该螺旋横刀主要依靠压埋的方式进行秸秆埋覆,当秸秆高度达到84.5 cm时,秸秆埋覆率为83.67%,适合高留茬柔性秸秆还田。【结论】解决了螺旋横刀现存问题,扩大了应用范围,为高留茬柔性秸秆地的耕整提供优质装备。