水稻整株秸秆还田机参数优化设计与试验研究

论文摘要

秸秆是农作物的副产品,是一种可以利用的重要生物资源,合理的利用作物秸秆资源,对因过度使用化肥和焚烧作物秸秆所带来的环境安全问题,有着积极而重要的意义。在保持和改善生态环境、农业可持续发展的前提下,不断提高资源利用率、土地产出率。秸秆机械还田是解决秸秆处理问题的有效途径之一。目前,秸秆机械还田机具已成为我国农机近期研究的一个重要领域。关于稻麦秸秆整株还田的机具研究目前还存在很多问题。为了研究水稻整株秸秆还田机具各部件的结构参数、工作参数等因素对功率的影响,降低秸秆整株还田机具功率消耗,本文对秸秆还田机具的相关参数进行了设计和试验研究。(1)通过对还田农艺及功耗影响的理论分析,选择(出)影响还田机作业质量的结构参数、工作参数作为主要研究因素提出试验台的总体设计方案,对刀的排列方式、刀片滑切角以及刀片安装角等主要工作部件的结构进行优化设计;(2)模拟试验机具的还田作业,研制了还田试验台,进行室内土槽试验;选择农用动态遥测仪作为采集功率数据的试验仪器;对遥测头单元进行设计、加工,并对扭矩传感器进行了调试及进行静态标定;(3)在影响参数中,机器前进速度、刀辊旋转速度、刀的安装角、刀盘上刀的数量四个试验因子,对机具作业状态和功率消耗有较大影响。为了保证在试验过程中参数选择的一致性,提高实验的效率,便于试验研究,故以刀盘上安装3把或4把还田刀作为试验的前提,对机器前进速度、刀辊旋转速度、刀的安装角三个试验因子,按照二次正交旋转组合设计试验方法,给出试验方案并进行试验研究;(4)利用Design—EXpert软件对试验数据分析,在刀盘上安装还田刀数不同的前提下,得到机器前进速度、刀辊旋转速度、安装角三个因素对功率、覆盖率影响的数学模型,并分析三个因素对功率、覆盖率的影响规律;(5)优化试验结果,对选择的优化的参数组合进行验证试验,通过对验证效果的分析得出,试验参数组合优化的可行性。本文通过上述的试验和分析,给出了机器前进速度、刀辊旋转速度、安装角、刀盘上刀数四个因素在满足作业质量的前提下,降低功耗的最优组合方案,为进一步进行整机参数优化设计提供了重要的理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 研究的背景与实际意义
• 1.2 秸秆还田及其机具的国内外研究现状
• 1.2.1 秸秆还田
• 1.2.2 国内研究现状及趋势
• 1.2.3 国外研究现状及趋势
• 1.3 研究进展及待解决的问题
• 1.4 研究内容和技术路线
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 2 实验机具的试验研究
• 2.1 试验地点和设备
• 2.2 工作参数的选择
• 2.2.1 影响功率消耗的因素
• 2.2.2 试验参数选择
• 2.3 试验机具的优化
• 2.3.1 机具总体结构设计
• 2.3.2 主要工作部件的优化设计
• 2.3.3 埋草刀的排列
• 2.3.4 试验机的悬挂
• 2.4 试验过程
• 2.5 小结
• 3 试验数据的采集
• 3.1 动态遥测系统简介
• 3.2 应变式扭矩传感器的设计
• 3.2.1 敏感轴的设计
• 3.2.2 应变法测扭矩
• 3.2.3 扭矩传感器的安装及调试
• 3.2.4 扭矩传感器的静态标定
• 3.3 转速传感器
• 3.3.1 S-HC霍尔转速传感器
• 3.3.2 转速测量的实现
• 3.3.3 PLC的选择
• 3.4 无线收发模块
• 3.5 软件系统
• 3.5.1 人机界面模块
• 3.5.2 Modbus通讯协议
• 3.6 小结
• 4 试验分析
• 4.1 单因素试验研究
• 4.1.1 机器前进速度对功率的影响
• 4.1.2 刀辊转速对功率的影响
• 4.1.3 安装角对功率的影响
• 4.2 多因素试验研究
• 4.2.1 试验设计
• 4.2.2 第一组试验参数组合的试验研究
• 4.2.3 第一组试验结果分析
• 4.2.4 第二组试验参数组合的试验研究
• 4.2.5 第二组试验结果分析
• 4.3 结果优化及验证试验
• 4.3.1 结果优化
• 4.3.2 验证试验
• 4.4 小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文