行间耕播机弹性镇压装置研究与试验

【摘要】为了实现东北黑土区农业的可持续发展，保护性耕作技术研究已开展多年。作为一种适用于均匀垄的保护性耕作模式留茬行间交替种植保护性耕作模式，通过行间交替种植代替连年垄上种植，以实现免耕、少耕及秸秆根茬还田的保护性耕作技术。其特殊的作业环境，对作业机械触土部件的性能提出更高要求。镇压装置作为行间耕播机上的关键部件之一，其性能优劣直接关系到播种质量。与传统刚性镇压轮不同，对弹性镇压轮的研究相对较少，但因其自身结构及材料的突出优势，尤其是大变形特性在保证镇压轮传动稳定性及防止土壤粘附等方面均有一定的实用价值。本文所研究的弹性镇压装置，用于完成行间耕播机作业过程中的覆土及镇压操作，同时兼具限深、传动及防止土壤粘附的功能。本文将重点探讨镇压轮的结构特点与设计方法，并对镇压装置进行整体设计和试验。本文所研究的具有覆土功能的弹性镇压轮，其轮体剖面结构为两个顶端连通的腔体，单侧腔体侧缘的断面形状为圆弧形结构。针对行间耕播机的作业特点，结合实际种沟的几何形状，通过对覆土、镇压作业过程中土壤的受力分析，以轮胎力学中的薄膜模型为原型，建立镇压轮侧缘与种沟土壤的接触受力模型。结合覆土镇压作业的技术条件，建立了一种基于种沟沟型的数学模型，该模型以外载荷F，镇压轮内压强p、宽度b及橡胶材料的径向、侧向变形加速度s和为自变量，以镇压轮侧缘半径R及其与水平方向的夹角θ为因变量的数学模型，并依此确定镇压轮单侧腔体的几何尺寸。其结果是：镇压轮材料为丁苯橡胶（SBR），硬度为60±5SHA，密度为1300kg/m3，杨氏模量为4.9MPa，泊松比为0.49；镇压轮的外直径为500mm，宽度为180mm，厚度为8mm；镇压轮单侧腔室宽度为70mm，镇压轮侧缘断面中心线半径分别为41mm，135mm，其对应的θ值分别为40～75°，75～90°。应用ABAQUS有限元软件建立本文所研究的弹性镇压轮与土壤接触的动态仿真模型，V型刚性镇压轮的有限元仿真对比分析模型。通过对作用区土壤及镇压轮的接触应力、应变、位移、接触面积和接触力等输出变量的分析，以评价本文所研究的弹性镇压轮的作业效果。仿真分析结果表明：本文所研究的弹性镇压轮在覆土、镇压能力及作业稳定性等方面均优于V型刚性镇压轮。为了考核本文研究的镇压装置在2BGH-6行间耕播机上的实际工作情况，根据国家相关标准要求，进行田间作业性能试验与检测。试验结果表明：镇压装置的各项指标，均满足既定的设计要求，符合国家相关标准。镇压轮滑移率为1.67%，覆土深度为34mm，作业后距地表5cm处土壤坚实度为0.325kg/cm2。行间耕播机弹性镇压装置的研究与试验，为留茬行间交替种植保护性耕作模式配套机具的研制及应用提供了性能保证，其设计方法新颖，具有一定的应用价值。
【作者】郭慧；
【导师】贾洪雷；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】弹性镇压轮；行间耕播机；研究；仿真；试验；

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