秸秆全量还田大耕深双轴分层切土旋耕机的设计与性能试验

【摘要】：秸秆的全量还田不但可以解决因为秸秆焚烧而引起的空气污染和交通事故等问题,同时可以改善土壤结构,减少肥料的用量。目前我国农村采用的秸秆机械化还田的耕作工艺的耕作深度不足12cm,大量前茬的秸秆被埋在不足12 cm的土壤里,将造成耕作层中秸秆和土壤的比例很高。这样会引起地表土草比例失调,导致土壤悬空,引起下季作物种子播种深浅不一,影响种子发芽生长,导致大量减产等问题。因此,迫切需要设计一种能与大马力拖拉机相配套的适应稻麦轮作地区作业的大耕深秸秆全量还田旋耕机械。本文参考现有的双轴旋耕机,采用双轴分层切土旋耕工艺,研制出了一种适应于秸秆全量还田的大耕深双轴分层切土的旋耕机,即新型1GKM-200型双轴分层切土旋耕机。该机具采用双轴分层切土原理,成功解决了双轴旋耕机旋耕刀轴难以入土、旋耕消耗功率大、旋耕效率低等问题,实现了后刀轴在前刀轴耕深的基础上再次深耕以此增大耕作深度的目的。机具整体采用三点悬挂方式与拖拉机挂接,主要由机架部件、悬挂架部件、中间传动箱部件、左右侧边传动箱部件、前后刀轴及其旋耕刀部件、左右传动轴部件、动力输入轴部件等部件组成,能一次作业完成秸秆还田、深旋耕、平整等多道工序,不仅提高了工作效率,还大幅地减少了能源的消耗。本文重点对双轴空间布置结构进行了创新设计,机构采用两根旋耕刀轴上下错位布置,实现了20cm以上的大耕深作业；对机具的旋耕部件进行了优化设计,选用IT225旋耕刀作为旋耕刀,发现前、后刀轴正旋且转速为240r/min时作业效果最佳；建立了旋耕刀轴的受力模型,并对刀轴的进行了受力分析,依靠可靠性理论对刀轴半径进行优化设计；对刀座排列进行优化,改善了机具的缠草壅土情况,减少振动冲击,延长了传动件的寿命。本文对机具的动力传递路线进行了优化设计,并合理分配各级传动比；设计了各个传动部件,并对中间传动箱部件进行了校核；利用CATIA建立了整机结构模型；利用ANAYS Workbench对机具的机架进行了模态分析,分析表明旋耕机工作频率远离其15阶固有频率,表明机架不会发生因共振而造成破坏。对样机进行了田间的性能试验,试验结果显示该机具拥有良好的稳定性和通过性,其作业效果良好,各项性能指标均达到了国家标准,平均耕作深度达20.76 cm,远远高于国家标准8cm的要求。 【关键词】：旋耕机 双轴 耕深 分层切土 秸秆还田
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S222.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外旋耕技术的研究现状及发展趋势11-17
• 1.2.1 国外旋耕技术的研究现状11-13
• 1.2.2 我国旋耕技术的研究现状13-16
• 1.2.3 旋耕技术发展趋势16-17
• 1.3 课题研究的意义与研究内容17-18
• 1.3.1 课题研究的意义17
• 1.3.2 课题的研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 双轴分层切土旋耕机耕作原理与总体布置方案19-25
• 2.1 双轴分层切土旋耕机的耕作原理19
• 2.2 双轴分层切土旋耕机的设计要求19-21
• 2.2.1 总体技术原则19-20
• 2.2.2 农艺要求20
• 2.2.3 配套动力20
• 2.2.4 机具设计技术要求20-21
• 2.3 双轴分层切土旋耕机方案设计21-23
• 2.3.1 总体结构21-22
• 2.3.2 工作过程22-23
• 2.4 功率消耗及其影响因素23
• 2.4.1 影响功率消耗的因素23
• 2.4.2 功率消耗估算23
• 2.5 本章小结23-25
• 第三章 双轴分层切土旋耕机旋耕部件的设计25-31
• 3.1 双轴空间布置结构设计25-27
• 3.2 刀轴正反转确定27
• 3.3 前、后刀轴总成的设计27-30
• 3.3.1 刀轴转速的确定27-28
• 3.3.2 刀轴的受力分析28-29
• 3.3.3 旋耕刀的选择29
• 3.3.4 旋耕刀的布置29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 双轴分层切土旋耕机主要传动部件的设计31-46
• 4.1 传动系统组成31
• 4.2 传动系统的传动路线31-32
• 4.3 传动比设计32
• 4.4 中间传动箱总成的设计32-43
• 4.4.1 技术要求32
• 4.4.2 传动箱部件设计要求32-33
• 4.4.3 箱体的设计33-34
• 4.4.4 弧齿锥齿轮传动机构的设计34-37
• 4.4.5 传动轴的设计37-41
• 4.4.6 轴承的选取41-43
• 4.4.7 中间传动箱总成的装配43
• 4.5 侧边传动箱总成的设计43-44
• 4.6 横向传动齿轮轴总成的设计44
• 4.7 侧边下箱体总成的设计44
• 4.8 本章小结44-46
• 第五章 双轴分层切土旋耕机机架设计与模型装配46-52
• 5.1 双轴分层切土旋耕机的机架设计46-50
• 5.1.1 异型侧板的设计46-47
• 5.1.2 悬架的设计47-48
• 5.1.3 上挡泥罩的设计48
• 5.1.4 后拖板的设计48-49
• 5.1.5 机架的装配49-50
• 5.2 双轴分层切土旋耕机的模型装配50
• 5.3 本章小结50-52
• 第六章 双轴分层切土旋耕机机架的模态分析52-61
• 6.1 建立有限元模型52-54
• 6.1.1 模型的简化52-53
• 6.1.2 单元的选择53-54
• 6.2 有限元建模步骤54-56
• 6.2.1 材料属性54-55
• 6.2.2 有限元建模关键问题处理55-56
• 6.3 机架的理论模态分析56-60
• 6.4 本章小结60-61
• 第七章 双轴分层切土旋耕机田间性能试验61-68
• 7.1 试验目的61
• 7.2 试验条件61-62
• 7.3 试验方法62
• 7.4 检测设备62-63
• 7.5 机具主要性能测试63-66
• 7.5.1 耕深的测量63-65
• 7.5.2 碎土率的测量65
• 7.5.3 耕后地表平整度的测量65-66
• 7.5.4 植被覆盖率的测量66
• 7.6 试验结果的比较66
• 7.7 本章小结66-68
• 第八章 总结与展望68-70
• 8.1 工作总结68
• 8.2 本文的创新点68-69
• 8.3 进一步的研究和展望69
• 8.4 本章小结69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 攻读硕士学位期间主要的论文75-76

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