【摘要】：犁耕阻力、能量消耗、耕地質(zhì)量和所需費(fèi)用取決于犁體設(shè)計(jì),這是由犁鏵、犁壁及其支撐面參數(shù)確定的。犁耕阻力、秸稈位移及土壤反力對(duì)于耕作機(jī)具耕作性能評(píng)價(jià)是非常重要的參數(shù)。本研究探討一種加裝覆草板的鏵式犁的性能,優(yōu)化其使用。通過(guò)兩年的田間試驗(yàn),研究一個(gè)輕型鏵式犁加裝及不裝覆草板時(shí)的性能。目前在田間仍需要一定量的秸稈保護(hù)土壤免受風(fēng)和水的侵蝕。然而,除了大量的試驗(yàn)研究,人們還不能很好地解釋土壤運(yùn)動(dòng)、秸稈位移和覆埋、以及土壤和機(jī)具參數(shù)之間存在的相互關(guān)系,這主要是由于土壤的產(chǎn)生、質(zhì)地、不確定的氣候條件和作物系統(tǒng)及其相互之間關(guān)系的復(fù)雜性所產(chǎn)生的。本研究包括實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和田間試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院進(jìn)行,田間實(shí)驗(yàn)在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)江浦實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。在田間試驗(yàn)中,測(cè)試了耕作深度和鏵式犁覆草板的性能,在兩種秸稈量、有無(wú)覆草板情況下的犁耕阻力和土壤反力,以及在低速作業(yè)(0.1 m/s)、不同土壤含水率情況下小麥秸稈的位移和覆埋情況。采用有限元法(FEM)建立了應(yīng)力分布的仿真模型,并與兩種秸稈量、有無(wú)覆草板時(shí)田間試驗(yàn)的應(yīng)力分布進(jìn)行了比較。田間試驗(yàn)進(jìn)行了兩年,以便確定不同土壤含水率影響的差異。鏵式犁耕作時(shí)存在的一個(gè)問(wèn)題是,機(jī)具要同時(shí)分別切斷殘茬秸稈和破碎土壤,通過(guò)推拉分隔使他們上升和改變位置,以便進(jìn)行翻蓋覆埋。但這種作用對(duì)于秸稈的混合效率很低,并影響機(jī)具的牽引性能。耕作過(guò)程中在鏵式犁上安裝覆草板能夠破碎犁鏵上的部分土垡,在土垡翻轉(zhuǎn)前使秸稈覆埋更加容易。然而,還沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠很好地說(shuō)明土壤、耕作部件和覆草板之間的相互關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下:1、犁耕阻力是耕作機(jī)具性能的重要參數(shù)。本研究探討了覆草板對(duì)鏵式犁耕作性能和系統(tǒng)優(yōu)化的影響。在田間土壤含水率30%左右時(shí),測(cè)試了在兩種秸稈量(只有殘茬、無(wú)秸稈,大量秸稈)、有無(wú)覆草板四種情況下的犁耕阻力和垂直作用于犁上的力(這四種情況是:WTNS —加裝覆草板、田間僅有殘茬無(wú)秸稈,WTHS —加裝覆草板、田間有大量秸稈,WTONS —不裝覆草板、田間僅有殘茬無(wú)秸稈,WTOHS —不裝覆草板、田間有大量秸稈),并采用有限元法(FEM)模擬了作用在犁上的應(yīng)力分布。結(jié)果表明:在不裝覆草板情況下,田間有大量秸稈比僅有殘茬時(shí)的犁耕阻力顯著增大。在有、無(wú)覆草板時(shí),鏵式犁在上述不同情況下具有不同的犁耕阻力。耕深為15 cm時(shí),覆草板和田間秸稈情況對(duì)于犁耕阻力的綜合影響是:WTHS (2794.88 N) WTNS (2345.69 N),以及 WTOHS (3248.87 N) WTONS (2760.81 N)。作用于犁上的垂直力隨著犁耕深度顯著增大,但與田間秸稈情況和有、無(wú)覆草板無(wú)關(guān)。覆草板顯著增大犁耕阻力。在田間僅有殘茬情況下,安裝覆草板時(shí)土壤位移的范圍為33-60 cm、平均值為48.89 cm,不裝覆草板時(shí)土壤位移的范圍為50-70 cm、平均值為64.22 cm。在田間有大量秸稈情況下,安裝覆草板時(shí)土壤位移的范圍為38-60 cm、平均值為46.44 cm,不裝覆草板時(shí)土壤位移的范圍為45 —60 cm、平均值為49.77 cm。在其他土壤情況下(裸露的土壤以及有直立的秸稈)也發(fā)現(xiàn),安裝覆草板能夠減少土壤的位移(從而有利于秸稈的覆埋)。有限元仿真的結(jié)果與田間試驗(yàn)相一致,仿真結(jié)果顯示了犁體表面的應(yīng)力分布以及使土壤發(fā)生的失效。仿真結(jié)果表明,作用于犁體上的最大等效應(yīng)力為279.43 MPa,而土壤材料的屈服應(yīng)力為250 MPa。在田間有大量秸稈情況下,鏵式犁上安裝覆草板是十分重要的。2、田間仍需要一定量的秸稈保護(hù)土壤免受風(fēng)和水的侵蝕。為了更好地了解秸稈對(duì)土壤的保護(hù)效果,對(duì)小麥秸稈位移及覆埋情況與犁耕速度、耕作深度及覆草板之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。田間試驗(yàn)考察了3種因素的影響,即:犁的類(lèi)型(有、無(wú)安裝覆草板)、秸稈長(zhǎng)度(100、150、250 mm)、田間秸稈情況。試驗(yàn)前制備一定長(zhǎng)度的秸稈作為示蹤物測(cè)量土壤及秸稈的位移。結(jié)果表明:土壤位移和秸稈位移明顯不同,但二者相互關(guān)聯(lián)。隨著秸稈長(zhǎng)度的增加,土壤向前和側(cè)向位移增大,150 mm秸稈的側(cè)向和向前位移小于250 mm的秸稈。由于秸稈的向前和側(cè)向位移,使土壤的位移減小。不論秸稈與土壤怎樣混合,秸稈位移總是明顯大于土壤位移。安裝覆草板時(shí)能夠減少土壤位移,但對(duì)秸稈位移沒(méi)有明顯的影響。長(zhǎng)秸稈比短秸稈更難于埋入土壤中,安裝覆草板能夠提高覆埋秸稈的性能。結(jié)果還表明:低速作業(yè)時(shí)犁耕的土塊更破碎,秸稈位移更大,更多的秸稈被覆埋。不裝覆草板(WTONS)時(shí),秸稈殘茬覆蓋率可達(dá)54%,而安裝覆草板(WTNS)后,覆蓋率僅為42%。與不裝覆草板的WTONS相比,最小覆蓋率出現(xiàn)在安裝覆草板的WTNS處理中,即與不裝覆草板的犁相比,安裝覆草板后顯著減小了秸稈殘茬覆蓋率。此外,在相同犁耕速度時(shí),長(zhǎng)秸稈較短秸稈更有利于土壤破碎;靠近犁鏵部位秸稈的位移比靠近犁體(犁壁)部分的秸稈位移更大。3、犁耕過(guò)程中,在鏵式犁上安裝覆草板能夠破碎犁壁上的部分土垡,在土垡翻轉(zhuǎn)前使秸稈覆埋更加容易。通過(guò)兩年的田間試驗(yàn),研究了輕型鏵式犁有無(wú)覆草板、以及受殘茬高度和土壤含水率影響的性能。在兩年的試驗(yàn)中,測(cè)量了犁耕深度、土壤含水率(24%、30%)及土壤反力等對(duì)鏵式犁性能的影響。在0.1 m/s耕作速度下,測(cè)量了秸稈殘茬位移及覆埋情況、土壤位移及土塊破碎的大小。第一年試驗(yàn)表明,不論田間僅有殘茬或有大量秸稈,安裝覆草板后犁耕阻力和土壤反力更大。第二年試驗(yàn)在田間僅有殘茬情況下,也觀察到同樣的現(xiàn)象。土壤反力作用在鏵式犁犁體上。當(dāng)耕深為15 cm、土壤含水率為24%時(shí),在田間有大量秸稈情況下,安裝覆草板(WTHS)鏵式犁的土壤反力為1794.88 N,不裝覆草板(WTOHS)鏵式犁的土壤反力為1248.87 N;在田間僅有殘茬情況下,安裝覆草板(WTNS)鏵式犁的土壤反力為1345.69 N,不裝覆草板(WTONS)鏵式犁的土壤反力為1060.81 N。最小的土壤反力出現(xiàn)在WTONS情況下,而最大土壤反力出現(xiàn)在WTHS情況下。當(dāng)耕深分別為5 cm和10 cm時(shí)也觀察到類(lèi)似現(xiàn)象。這說(shuō)明,當(dāng)土壤含水率為24%左右時(shí),使用覆草板會(huì)增加土壤反力。當(dāng)土壤含水率不同時(shí),安裝覆草板建議在土壤含水率較大時(shí)使用。數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析高度顯著(P0.01)。試驗(yàn)結(jié)果還表明,土壤含水率很大時(shí),使用覆草板可以減小犁耕阻力。4、每年全世界產(chǎn)生超過(guò)5億噸小麥秸稈,多數(shù)都在田間焚燒,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染、健康問(wèn)題及交通事故,同時(shí)損失了可利用的資源。每1.3 kg的小麥谷物大約產(chǎn)生1kg秸稈。麥秸稈量大,可作為可再生能源加以利用,進(jìn)行氣化、用于燃燒系統(tǒng)。為了在熱化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程中更好地利用麥秸稈,應(yīng)當(dāng)更好地了解其物理性質(zhì)。通過(guò)試驗(yàn)比較了蘇麥188和揚(yáng)輻麥2號(hào)兩種小麥秸稈的物理性質(zhì)(含水率、破碎尺寸、容重、孔隙度等),還測(cè)試了秸稈表面覆蓋率。蘇麥188和揚(yáng)輻麥2號(hào)小麥秸稈含水率范圍分別是18.26%-32.36%和15.54%-28.08%,蘇麥188含水率顯著高于揚(yáng)輻麥2號(hào)(p0.05)。蘇麥188和揚(yáng)輻麥2號(hào)秸稈的破碎尺寸范圍分別是0.8-51.1 mm和3.2 -45.1 mm,揚(yáng)輻麥2號(hào)秸稈破碎尺寸呈正態(tài)分布,而蘇麥188則呈下降趨勢(shì),破碎尺寸越大則其重量百分比越大。蘇麥188秸稈的平均容重范圍70-96.75 kg/m3,而揚(yáng)輻麥2號(hào)則為129.32-167.03 kg/m3,蘇麥188秸稈容重小于揚(yáng)輻麥2號(hào)。蘇麥188和揚(yáng)輻麥2號(hào)秸稈的孔隙度范圍分別是60.1%—62.7%和63.8%-64.2%,孔隙度和平均破碎尺寸之間存在正相關(guān)關(guān)系。上述試驗(yàn)結(jié)果表明,從同一農(nóng)場(chǎng)取出的蘇麥188和揚(yáng)輻麥2號(hào)兩種小麥秸稈具有不同的物理性質(zhì),這可能是由于氣候條件和肥料使用不同所造成的。
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：S222.1
【圖文】：

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【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2791378