留茬行间交替耕作模式配套播种机关键技术研究

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1、—————————————————————留茬行间交替耕作模式配套播种机关键技术研究—————————————————————Researchofkeytechnologyofno-tillageseederforstubbleretainwithalternatingtillage————————————作者姓名：赵佳乐专业名称：农业机械化工程指导教师：贾洪雷教授学位类别：工学博士论文答辩日期：2015年6月4日授予学位日期：2015年月日论文评阅人：答辩委员会组成：姓名职称工作单位姓名职称工作单位马成林教授吉林大学主席：马成林教授吉林

2、大学李洪文教授中国农业大学委员：王金武教授东北农业大学王德成教授中国农业大学张晓光教授中国科学院王金武教授东北农业大学杨印生教授吉林大学任文涛教授沈阳农业大学于海业教授吉林大学贾洪雷教授吉林大学摘要论文题目：留茬行间交替耕作模式配套播种机关键技术研究专业名称：农业机械化工程指导教师：贾洪雷摘要近年来，东北地区摸索出多种适合东北地区实际情况的保护性耕作技术，其中留茬行间交替耕作技术是应用最为广泛的保护性耕作技术之一。留茬行间交替耕作技术在收获作业时采取高留茬作业，翌年在第一年的休耕行播种，第三年回到第一年的播种行播种，依次循环往复，其具有蓄

3、水保墒，降低风蚀水蚀，根茬降解腐蚀程度高，增加土壤有机质含量等优势。由于采取高留茬作业（根茬上方保留一定长度的秸秆，长度约为300-500mm），因而播种作业时，地表上残留大量倒伏的根茬和秋季作业时掉落的秸秆，致使播种作业时易发生如下问题：①秸秆、根茬易堵塞开沟装置，破茬作业需同时针对秸秆和根茬进行作业；②由于采取留茬交替耕作，拖拉机行驶轮和机具在作业时均会接触到残留于地表的根茬，因而相对于原垄耕作模式，机具震动增加，排种器易发生掉种现象；③当覆土镇压装置与地表残留的根茬、秸秆接触时，会发生覆土量降低和镇压强度不稳定的现象；上述问题使得传

4、统播种机很难适用于留茬行间交替耕作技术，因而对留茬行间交替耕作模式的免耕播种技术进行深入研究，并研制一种适用于行间交替耕作技术的播种机具对东北黑土区的保护与恢复和保障国家粮食安全均具有重要意义。本文针对留茬行间交替耕作技术缺少配套播种机具的问题，在国家“十二五”科技支撑计划课题（玉米种植机械关键技术和装备研究与示范2011BAD20B09）的支持下，结合交替耕作技术特点和东北地区实际作业条件，通过理论分析、试验设计、建立数学模型、仿真分析等方法，研究关键部件的几何形态、结构参数、作业方式与作业效果之间的关系，并总结和量化其规律，从而设计出

5、合理的排种、破茬、镇压等关键部件，最终设计出与留茬行间覆盖交替耕作技术相配套的播种机具。（1）秸秆切割阻力与切割功耗影响因素及其规律的研究。本文以刀具切割作业方式（切割速度、滑切角、是否固定秸秆）和秸秆自身属性（秸秆含水率、秸秆直径）为试验因素，秸秆切割性能（最大切割阻力、切割功耗）为试验指标。本文通过多水平单因素试验发现秸秆自身属性和刀具切割作业方式对切割性能的影响规律；通过理论分析等方法总结出刀具切割作业方式对切割性能产生显著性影响的原因：滑切角通过改变刀具对秸秆的实际切割角，进而影响最大切割阻力和切割功耗，切割速度和是否固定秸秆通过

6、改变秸秆滑移率和实际滑切角，进而影响最大切割阻力和切割功耗；通过数学建模的方法建立了切割阻力和切割功耗与切割速度、滑切角等因素的一般数学关系模型（①刀具切割秸秆最大切割阻力I吉林大学博士学位论文与刀具实际切割刃角之间关系数学模型，②刀具实际切割刃角与刀具构造刃角、刀具动态滑切角之间关系数学模型③刀具动态滑切角与切割速度、刀具滑切角之间关系数学模型，④秸秆被固定时切割功耗与滑切角之间关系数学模型，⑤秸秆未被固定时秸秆滑移位移与切割速度、滑切角之间关系数学模型，⑥秸秆未被固定时切割功耗与切割速度、滑切角之间关系数学模型），通过数学模型求解揭示

7、其因变规律，数学模型所得出结论与多水平单因素试验结论相互印证，证明了结论的可靠性，为行间播种机具防堵破茬部件的设计提供理论基础。（2）播种机破茬作业理论研究与机构设计。针对留茬行间交替耕作技术春季播种时，地表残存根茬和秸秆致使免耕播种作业易堵塞的问题，本文以第二章的研究成果为基础，结合行间交替耕作技术特点和东北黑土区实际作业条件，设计一种同时设有被动卧式旋转部件和主动卧式旋转部件的秸秆固定滚切式防堵装置。本文通过试验和理论分析的方法，得出被动刀片刀刃曲线采取等滑切角曲线时可有效固定住秸秆，进而降低作业功耗和最大切割阻力，并通过优化设计，分

8、别设计出作业效果最佳的被动切割刀片和主动切割刀片，其中被动切割刀片的刀刃曲线采用等滑切角曲线，刀片半径为185mm，主动切割刀片的刀刃曲线采用阿基米德螺线，刀片半径为240mm；通过多因素组合