秸秆粉碎还田机新型刀片的设计与试验

【摘要】：秸秆粉碎还田技术是保护性耕作模式的核心环节之一，通过秸秆粉碎还田不仅能够提高秸秆利用率，而且能有效的增加土壤有机质，改善土壤物理性质和结构，固定和保存碳、氮等养料，促进土壤中植物养料的转化，提高土壤保、蓄水能力，提高粮食产量，保护国家粮食安全，促进农业的可持续性发展。 秸秆粉碎还田刀片是秸秆粉碎还田机的重要工作部件，本论文主要是对刀片的工作过程进行分析，总结现有刀片的优缺点，设计出新型V-L型秸秆粉碎还田刀片，并对其结构参数进行优化，利用较优参数的刀片进行整机的田间性能试验。 通过对现有刀片优缺点的分析研究，利用Inventor三维软件，并对秸秆粉碎还田刀片的结构创新，设计出V-L新型刀片。利用Inventor三维软件内的有限元模块，对新刀片进行有限元静力学分析，得出新型刀片的合理厚度为8mm。同时通过对刀片粉碎过程的分析，在新型刀片的V-L结构设计中，加入前倾角，克服刀片在工作过程中的向后偏转问题。新刀片与现有刀片相比，增加刀片的转动惯量，提高整机的粉碎效率，延长刀片的使用寿命。 基于刀片的设计，加工出9种不同参数的新型刀片。在设计加工过程中，以65Mn钢板为原料加工制作，遵循了国际、国内的加工工艺，在刀片刃线面实施0.5mm高频淬火，以达到刀片设计的自磨刃的功能。 用不同参数的新型刀片分别装配在秸秆粉碎还田机上，以秸秆粉碎率为衡量指标，进行刀片的结构参数的双因素试验。通过试验获得了较优刀片的较优结构参数为刀片前倾角度10°，刀片刃线与地面夹角14°。利用较优参数刀片在不同工作参数条件下进行整机试验，得出了较优的刀片整机工作参数为刀轴的转速1400r/min，拖拉机前进速度为1m/s。通过对整机综合效果测试，装配新型刀片的整机秸秆粉碎率达到93.34%，轮辙间留茬平均高度为61mm，秸秆抛撒不均匀度小于14.7%，纯生产率0.48Hm~2/(m·h)，各项工作指标均满足国标要求。利用JMM转盘式磨料磨损试验机进行新型刀片的自磨刃性能试验研究。通过刀片尺寸磨损量的测量表明，刃线处的耐磨性能更为优良，因此，新型刀片在使用过程中会越磨损越锋利，即具备设计中要求的自磨刃的功能。 本论文对秸秆粉碎还田刀片进行了研究和创新，新型刀片的研制具有一定的实际应用价值，为更进一步研究秸秆粉碎还田机提供了一定参考。 【关键词】：保护性耕作 秸秆 粉碎还田 V-L型刀片
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S224.29
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 选题依据与意义11-12
• 1.2 保护性耕作12-15
• 1.2.1 国外保护性耕作发展状况12-13
• 1.2.2 我国保护性耕作发展现状13-15
• 1.3 实施秸秆粉碎还田的作用15-16
• 1.4 秸秆粉碎还田机现状与发展方向16-18
• 1.4.1 国内外现状16-17
• 1.4.2 秸秆粉碎还田机械的发展方向17-18
• 1.4.3 秸秆粉碎还田刀片18
• 1.5 本课题的来源和主要研究内容18-20
• 第2章 秸秆还田机作业原理分析20-30
• 2.1 秸秆粉碎还田作业运动分析20-23
• 2.1.1 秸秆粉碎还田刀片运动方程20-22
• 2.1.2 秸秆粉碎还田刀片运动轨迹22-23
• 2.2 秸秆粉碎还田刀片的速度分析23-27
• 2.2.1 秸秆粉碎还田刀片的作业速度23-25
• 2.2.2 秸秆粉碎还田刀片的加速度25
• 2.2.3 作业节距25-26
• 2.2.4 留茬高度26-27
• 2.3 整机粉碎效果影响因素分析27-29
• 2.3.1 刀片类型27-28
• 2.3.2 切割方式28
• 2.3.3 刀轴转速28
• 2.3.4 旋转方向28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 刀片的主要参数确定与加工30-47
• 3.1 刀片的现状分析30-31
• 3.2 刀片外型设计及预期优点31-33
• 3.2.1 刀片外观设计31-32
• 3.2.2 刀片自磨刃设计32
• 3.2.3 设计刀片优点分析32-33
• 3.3 刀片主要参数设计33-44
• 3.3.1 刀片参数分析33-34
• 3.3.2 刀片厚度设计34-36
• 3.3.3 刀片 V-L 折弯角度设计36-37
• 3.3.4 刀片前倾角度设计37-44
• 3.4 刀片的加工44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 刀片粉碎效果试验研究47-72
• 4.1 试验条件及方法47-53
• 4.1.1 试验地状况47-51
• 4.1.2 刀片粉碎性能测定项目及方法51-53
• 4.2 田间试验设备及仪器53-55
• 4.2.1 试验设备53
• 4.2.2 1JGHL-140（2）型秸秆粉碎还田机53-55
• 4.3 刀片结构参数的双因子试验55-63
• 4.3.1 试验方案设计55
• 4.3.2 试验分析原理55-60
• 4.3.3 试验结果分析60-63
• 4.4 刀片工作参数试验63-68
• 4.4.1 拖拉机前进速度对秸秆粉碎率的影响63-64
• 4.4.2 刀辊转速对秸秆粉碎率的影响64-66
• 4.4.3 刀辊转速与拖拉机前进速度的交互作用对秸秆粉碎率的影响66-68
• 4.5 整机综合效果测试68-71
• 4.5.1 试验工况68
• 4.5.2 试验结果68-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第5章 刀片自磨刃性能试验72-77
• 5.1 试验原理72
• 5.2 试验设备72-73
• 5.3 试验磨料选择73-74
• 5.4 试验方法74-75
• 5.5 试验结果分析75-76
• 5.6 本章小结76-77
• 第6章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-85
• 导师及作者简介85-91
• 致谢91

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