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旋耕—碎茬仿生刀片

汲文峰  
【摘要】: 土壤洞穴动物鼹鼠具有极高的掘土效率,其爪趾的几何结构为触土部件几何形状及力学性能的优化提供了学习对象。目前国内外旋耕或碎茬作业单机居多,若在同一机具上完成两种作业则需采用两个刀辊、两种刀片及两套耕作刀片固定部件,增加了机器成本。 为实现旋耕-碎茬机具的通用,在耕作质量满足后续农艺要求的前提下,达到机具节能增效的目标,本研究工作以鼹鼠爪趾为仿生原型,综合运用农机具设计方法及仿生技术,进行旋耕-碎茬通用刀片和旋耕-碎茬仿生刀片的设计及试验研究。 利用逆行工程和快速成型技术,加工出鼹鼠爪趾实体模型,考察其爪趾几何结构和排列方式对切挖性能的影响;通过对旋耕、碎茬作业中刀片运动参数和旋耕刀、碎茬刀主要结构参数的分析,在宽型旋耕刀和L型碎茬刀基础上设计出9种不同结构参数组合的旋耕-碎茬通用刀片;以功率消耗为评价指标,在室内土槽对设计出的旋耕-碎茬通用刀片分别进行旋耕和碎茬试验,确定通用刀片结构参数优化组合;以前进速度、刀辊转速及作业耕深为试验因素,并考虑刀辊转速与作业耕深之间的交互作用,安排土槽试验考察上述工作参数对功率消耗的影响;在土槽中分别进行旋耕-碎茬通用刀片与国标旋耕刀的旋耕对比试验及通用刀片与常见碎茬刀的碎茬对比试验,并进行田间试验以考察通用刀片的作业质量;而后应用鼹鼠爪趾几何结构于旋耕-碎茬通用刀片正切面结构设计,设计出9种旋耕-碎茬仿生刀片,通过土槽试验遴选出具有优化仿生结构的仿生刀片,进行旋耕-碎茬仿生刀片和旋耕-碎茬通用刀片的对比试验;对安装不同刀片(旋耕-碎茬仿生刀片、国标旋耕刀及常见碎茬刀)的耕整机进行功率消耗电测,对比安装不同刀片时机具的功率消耗和作业质量;利用JMM转盘式磨料磨损试验机模拟田间试验条件,进行旋耕-碎茬仿生刀片的耐磨性研究。 上述研究工作为实现旋耕-碎茬作业的通用,以及驱动型耕作机具关键部件的优化设计提供了技术参考,具有实际应用价值。


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