【摘要】：地膜覆蓋栽培技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的一項重要管理技術(shù),能夠保溫保墑、改良土壤的理化性質(zhì)、提高土壤的養(yǎng)分含量,在農(nóng)作物的種植生產(chǎn)過程中發(fā)揮著巨大的作用。而在我國西南丘陵山區(qū),現(xiàn)有的覆膜方式為了保證覆膜密閉性,有相當部分的地膜被延伸至壟溝中,并覆以一定厚度的泥土,大大增加了后期地膜拾取和回收的難度。為解決上述問題,本文針對我國西南丘陵山區(qū)煙田起壟后嵌膜作業(yè)的要求,對輕便式嵌膜機的開溝器進行了研究,主要內(nèi)容有:以目前丘陵山區(qū)起壟覆膜作業(yè)現(xiàn)狀的調(diào)研結(jié)果為導(dǎo)向,秉承農(nóng)機與農(nóng)藝相結(jié)合的原則,采用臥式旋轉(zhuǎn)開溝方式,在靠近壟體的兩側(cè)壟溝中一次性完成開溝、嵌膜和填土作業(yè)。通過前期在貴州煙區(qū)進行實地試驗,提出了嵌膜機的開溝深度為50mm、開溝寬度為15 mm等相關(guān)設(shè)計參數(shù),并對輕便式嵌膜機的整機結(jié)構(gòu)進行了初步設(shè)計。開溝器通過電機驅(qū)動,根據(jù)刀具安裝角度不同,開溝器分為了3種形式。在滿足嵌膜作業(yè)農(nóng)藝要求的基礎(chǔ)上,為了降低開溝作業(yè)功耗、提高嵌膜機的作業(yè)效率,通過數(shù)學(xué)計算和理論分析建立了土壤粒子在開溝器刀具作用下的運動學(xué)和動力學(xué)模型。綜合運用ANSYS LS-DYNA和LS-PrePost軟件對3種開溝器刀具切削土壤的過程進行了數(shù)值模擬和分析,通過綜合比較,確定刀具I型開溝器作為嵌膜機的開溝器。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在刀具轉(zhuǎn)速為150 r/min、前進速度為1.25km/h、開溝深度為50 mm的工況下,刀具I型開溝器切削土壤的平均功耗為20.0W。用電機拖動該開溝器刀具進行土壤切削試驗,在土壤含水率為21.8%的環(huán)境下,得到刀具切削土壤的平均功耗為20.8 W,與數(shù)值模擬結(jié)果的相對誤差為4%。選取對切削土壤功耗影響明顯的刀具轉(zhuǎn)速、前進速度和開溝深度作為試驗因子,設(shè)計單因素試驗和響應(yīng)面試驗。運用ANSYS LS-DYNA軟件對響應(yīng)面試驗進行虛擬試驗研究,建立起刀具切削土壤功耗與刀具轉(zhuǎn)速、前進速度和開溝深度的回歸方程。運用Design-Expert軟件中的Optimum對得到的回歸方程數(shù)學(xué)模型進行優(yōu)化,其結(jié)果表明:當?shù)毒咿D(zhuǎn)速為130 r/min、前進速度為1.5 km/h、開溝深度為50 mm時,開溝器刀具作業(yè)工況最優(yōu),平均功率為22.9 W。運用ANSYS LS-DYNA軟件對優(yōu)化得到的刀具工況參數(shù)進行虛擬驗證,結(jié)果表明:在刀具轉(zhuǎn)速為130 r/min、前進速度為1.5 km/h、開溝深度為50 mm的條件下刀具切削土壤的平均功率為23.9 W,與優(yōu)化結(jié)果的相對誤差分別為4.37%。運用開溝器功率消耗測量平臺對優(yōu)化后的刀具工況參數(shù)進行試驗,結(jié)果表明:刀具切削土壤的平均功率為24.6 W,與優(yōu)化結(jié)果的相對誤差分別為7.35%。
【圖文】：

圖 1-1 初春保溫地膜 圖 1-2 防澇地膜Fig. 1-1 Heat preservation film in early spring Fig. 1-2 Waterproof film（3）改良了土壤的理化性質(zhì)地膜覆蓋后，減少了土壤表面受到風(fēng)吹、雨淋的破壞，避免了因中耕、除草、施肥、澆水等環(huán)節(jié)人工或機械作業(yè)的碾壓而造成的土壤板結(jié)，與露地條件相比，土壤粒度、孔隙度和三相成分等更優(yōu)，其直接效果是提高土壤的含水率和增強根的呼吸作用。（4）提高了土壤中的養(yǎng)分含量地膜覆蓋一方面減少了雨水沖刷和不合理的灌溉帶來的土壤中養(yǎng)分流失，另一方面由于地膜為膜下土壤構(gòu)建了適宜的溫度和濕度環(huán)境，土壤中微生物的活動更加頻繁，加速了有機物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化，從而提高了速效性氮、磷、鉀的含量[4,5]。目前的地膜覆蓋種植技術(shù)已經(jīng)廣泛用于蔬菜作物、水果作物、糧食作物、經(jīng)濟作物等 50 余種農(nóng)作物的種植生產(chǎn)中[6,7]。截止 2015 年，我國的地膜覆蓋面積就達到了 1833 萬 hm2，占到了世界地膜應(yīng)用總量的 90%；近年來在全國范圍內(nèi)應(yīng)用推廣的面積累計達 5000 萬 hm2，約占世界總面積的 61%[8]。

圖 1-1 初春保溫地膜 圖 1-2 防澇地膜Fig. 1-1 Heat preservation film in early spring Fig. 1-2 Waterproof film（3）改良了土壤的理化性質(zhì)地膜覆蓋后，減少了土壤表面受到風(fēng)吹、雨淋的破壞，避免了因中耕、除草、施肥、澆水等環(huán)節(jié)人工或機械作業(yè)的碾壓而造成的土壤板結(jié)，與露地條件相比，土壤粒度、孔隙度和三相成分等更優(yōu)，，其直接效果是提高土壤的含水率和增強根的呼吸作用。（4）提高了土壤中的養(yǎng)分含量地膜覆蓋一方面減少了雨水沖刷和不合理的灌溉帶來的土壤中養(yǎng)分流失，另一方面由于地膜為膜下土壤構(gòu)建了適宜的溫度和濕度環(huán)境，土壤中微生物的活動更加頻繁，加速了有機物質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化，從而提高了速效性氮、磷、鉀的含量[4,5]。目前的地膜覆蓋種植技術(shù)已經(jīng)廣泛用于蔬菜作物、水果作物、糧食作物、經(jīng)濟作物等 50 余種農(nóng)作物的種植生產(chǎn)中[6,7]。截止 2015 年，我國的地膜覆蓋面積就達到了 1833 萬 hm2，占到了世界地膜應(yīng)用總量的 90%；近年來在全國范圍內(nèi)應(yīng)用推廣的面積累計達 5000 萬 hm2，約占世界總面積的 61%[8]。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S223.5

【參考文獻】

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本文編號：2667715