本文選題：秸稈還田　切入點：旋耕　出處：《華中農業(yè)大學》2017年博士論文

【摘要】：長江中下游地區(qū)是我國水稻主產(chǎn)區(qū),種植面積約占全國總面積的60%。長江以北以一年兩熟制為主:油菜-水稻、小麥-水稻、綠肥-水稻等;長江以南以一年三熟制為主:油菜-早稻-晚稻、大麥-早稻-晚稻、綠肥-早稻-晚稻等。該地區(qū)高溫高濕、降雨量大、雨熱同季,雜草及病蟲害滋生嚴重,秸稈埋覆還田有助于消除雜草及病蟲害,減少農藥施用量,減輕農業(yè)面源污染,提高土壤有機質含量;就地埋覆還田是最直接、最有效的處理方式。由于長江中下游地區(qū)前茬作物收獲后,農時緊迫,秸稈量大,秸稈收集運輸成本高,殘留田間的秸稈越來越高,常規(guī)犁耕難以翻埋,絕大部分就地焚燒,嚴重污染生態(tài)環(huán)境。雖然旋耕翻埋已顯替代優(yōu)勢,但由于秸稈翻埋機理不明,影響作業(yè)質量和能耗因素多,作業(yè)功耗較高,機具結構性能參數(shù)的合理性、動力性、適用性的研究還停留在定性類比階段,迫切需要深化理論研究和田間試驗驗證。本文在系統(tǒng)分析和總結國內外旋耕埋草機相關研究的基礎上,針對中國長江中下游地區(qū)糧食作物種植特點,以華中農業(yè)大學設計研制的高茬秸稈還田系列旋耕機為研究對象,采用理論與試驗相結合的方法,重點對適合該區(qū)水旱輪作種植模式的水旱兩用高茬秸稈還田旋耕機關鍵部件—組合刀輥,進行了工作機理和田間試驗研究,并對其核心部件—螺旋橫刀的切土角進行了優(yōu)化,得到的主要研究結果如下:1.以適宜長江中下游種植的水稻、油菜水田和玉米旱地土壤為研究對象,對其主要性能參數(shù)進行了試驗測試,分別測得了3種種植不同作物土壤的質地、有機質、土粒比重、土壤容重、含水率、孔隙度、土壤界限含水率,并對3類土壤的抗剪強度進行了三軸剪切試驗,為高茬秸稈還田耕整機關鍵部件的設計、工作參數(shù)選擇及田間試驗提供了理論參考依據(jù)。2.建立了組合刀輥的核心作業(yè)部件螺旋橫刀的數(shù)學模型,計算分析其作業(yè)特性。螺旋橫刀(以下簡稱橫刀)動態(tài)滑切角(25~25.3°)小于秸稈-橫刀之間摩擦角,且軸向排布不存在漏耕間隙,因而機具在高茬秸稈田中作業(yè)時刀軸不容易纏草;標準旋耕刀IIT245耕作過程中對土壤產(chǎn)生軸向側推效應,將橫刀和IIT245旋耕刀合理組合,使其對土壤的軸向側推效應相互抵消,因而機具作業(yè)后地表平整度較高。高茬秸稈旋耕埋覆分三個階段:螺旋橫刀切土過程中秸稈包裹在刃口上,被橫刀壓覆、拖拽到耕層土壤中;螺旋橫刀拋土過程中包裹在刃口上的秸稈在自身離心力、泥土摩擦力及橫刀拋出的土壤流等共同作用下迅速脫離螺旋橫刀而永久性沉入耕層土壤中;螺旋橫刀后拋上揚的泥土撞擊拖板后落地覆蓋地表,增加秸稈埋覆深度。第一階段中橫刀動態(tài)切土角比較大(71.735°),并且地表大量秸稈包裹刃口,導致切土阻力大,因而機具作業(yè)過程中功耗高于傳統(tǒng)旋耕機;第二階段中橫刀動態(tài)切土角(80.275°)遠大于秸稈-橫刀之間的摩擦角,有利于秸稈快速滑脫橫刀,同時利于第三階段中土壤后拋上揚埋覆秸稈。3.對華中農業(yè)大學研制的高茬還田耕整刀輥—螺旋刀輥和組合刀輥,進行了一系列田間試驗。(1)以組合刀輥為研究對象,開展了水稻、油菜、綠肥類田塊的田間試驗研究,驗證了組合刀輥田間作業(yè)時對植被的適應性。(2)影響刀輥作業(yè)質量的主要因素有刀輥轉速、機組前進速度和耕深等。為明確上述3個因素對作業(yè)質量的影響,利用L9(34)正交試驗表對組合刀輥進行田間正交試驗研究。試驗結果分析得出:影響作業(yè)質量的主次因素依次為耕深、前進速度、刀輥旋轉速度。3個因素對秸稈埋覆率的影響程度依次為:耕深和前進速度的影響極顯著,刀輥旋轉速度的影響不顯著。組合刀輥田間作業(yè)的最佳參數(shù)范圍為:拖拉機前進速度0.43~0.93 m/s,刀輥旋轉速度330 r/min左右。(3)對傳統(tǒng)旋耕刀、螺旋刀輥、組合刀輥為關鍵部件的旋耕機具,進行田間作業(yè)對比試驗,試驗結果表明:傳統(tǒng)旋耕刀作業(yè)耕深低于其他2種刀輥,對秸稈埋覆性能極差,達不到國標要求;組合刀輥植被埋覆率達94%以上,耕深大于20 cm,作業(yè)耕深穩(wěn)定。結果顯示:組合刀輥耕后地表平整,覆蓋率、耕深及耕后地表平整度等作業(yè)質量指標均優(yōu)于其它2種刀輥。即組合刀輥作業(yè)質量最佳,秸稈埋覆性能最好。(4)對水田高茬秸稈還田旋耕機和水旱兩用高茬秸稈還田旋耕機分別進行實際應用測試研究。通過這一系列試驗研究,得到水旱兩用高茬秸稈還田旋耕機相較于水田高茬秸稈還田旋耕機更適用于水稻、油菜、小麥等主要糧食作物水田和旱地高茬秸稈的埋覆還田,機具田間適應性較強,埋覆性能良好。4.開展土壤運動規(guī)律分析,獲取了土壤運動軌跡,得到了土壤的速度與時間、位移與時間、合力與時間等的變化規(guī)律,機具在作業(yè)過程中,土壤被刀輥向后拋出;開展了秸稈運動規(guī)律分析,獲取秸稈運動軌跡,得到了秸稈的速度與時間、位移與時間、合力與時間等的變化規(guī)律,機具在作業(yè)過程中,秸稈被刀輥向下壓覆后被后拋的土壤埋覆;對組合刀輥工作過程進行了分析,獲得了刀輥運動規(guī)律,得到了刀輥的速度與時間、位移與時間、合力與時間等的變化規(guī)律以及刀輥所受力矩變化規(guī)律,刀輥作業(yè)過程中,入土破土時刻刀輥受力急速達到最大,機具所耗功率最大。5.采用無線遙測技術,利用動力輸出軸一體化扭矩傳感器,對安裝原組合刀輥、傳統(tǒng)旋耕刀以及螺旋刀輥的旋耕機進行田間作業(yè)質量及功耗對比試驗,試驗結果表明:組合刀輥和螺旋刀輥旋耕后秸稈埋覆率、耕深、耕深穩(wěn)定性及地表平整度等作業(yè)質量指標均高于國標要求,傳統(tǒng)旋耕刀秸稈埋覆率不達標;傳統(tǒng)旋耕刀雖然作業(yè)功耗較低,但對高茬秸稈的埋覆性能較差;組合刀輥作業(yè)質量最優(yōu),但是其作業(yè)功耗偏高。6.為了保持刀輥良好的高茬秸稈埋覆效果,同時為了提高刀輥強度、降低刀輥作業(yè)功耗,尋找螺旋橫刀最佳切土角,在理論分析基礎上,對螺旋橫刀進行了改進,主要對螺旋橫刀截面尺寸進行一定的調整,為了提高通用性,降低成本,將原刀輥上的中間刀盤更換成為標準件刀座。7.設計加工了4種不同切土角的橫刀,進行水田和旱地田間作業(yè)質量和功率的測試,測量田間耕前耕后相關參數(shù),通過田間作業(yè)性能得到組合刀輥較佳的切土角。8.優(yōu)化后的水旱兩用秸稈還田組合刀輥對高達90.6 cm的水稻整株和49.2 cm的水稻秸稈進行水田和旱地埋覆還田試驗,作業(yè)后耕深分別為17.9、24.0 cm,耕深穩(wěn)定性分別為89.8%、86.6%,植被埋覆率分別為99.8%、97.4%,耕后地表平整度分別為1.9、1.4 cm,平均功耗為26.6、28.9 kW,田間作業(yè)質量和功耗指標均符合設計指標,且相較之前功耗降低了,達到了預期設計目標。
[Abstract]:In the middle and lower reaches of the Yangtze River , the main research results are as follows : 1 . The main research results are as follows : 1 . The main research results are as follows : 1 . The main research results are as follows : 1 . The main research results are as follows : 1 . The main performance parameters of rice , rape paddy field and maize dry land in the middle and lower reaches of the Yangtze River are studied . A series of field tests were carried out in this paper . The results showed that the dynamic sliding angle ( 25 - 25 . 3 擄 ) of the horizontal knife was much higher than that of the conventional rotary cultivator . ( 2 ) The main factors that affect the working quality of the cutter are the rotation speed of the cutter roller , the advancing speed of the unit and the depth of tillage . A series of experiments were carried out to obtain the rule of soil movement . The results showed that the rate of straw , time , displacement and time , resultant force and time of the straw were higher than those of the traditional rotary tillage cutter . In order to improve the universality and reduce the cost , the middle cutter head on the original knife roll was changed into standard tool holder . The results showed that the soil depth of the field was 17.9 , 24 . 0 cm , the average power consumption was 26 . 6 , 28 . 9 kW , the field work quality and power consumption index were all in accord with the design index , and the power consumption was lower than before , and the expected design goal was achieved .

【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S222.3

【參考文獻】

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本文編號：1700742