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秸秆还田施肥播种机的设计与试验研究

作　者: 蒋中秋
导　师: 何瑞银
学　校: 南京农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 秸秆还田施肥播种优化设计
分类号: S223.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目前国家出台政策,严禁秸秆焚烧,大量秸秆堆积在地表无法处理。研究表明：秸秆全量还田不仅解决了因秸秆焚烧引起的大气污染和交通问题,同时改善了土壤结构,减少了肥料的用量。在南方地区大马力拖拉机(大于70马力)保有量日益增加,但是与之相配套的农机具数量却严重的不足。因此,迫切需要设计一种能与大马力拖拉机相配套的适应南方地区作业的秸秆还田施肥播种机。本文设计的秸秆还田施肥播种机工作幅宽为1.75m,播种行数为8行,施肥行数为7行,机具主要由万向节、三点悬挂机构、旋耕埋茬总成、播种施肥总成、侧板和镇压轮总成构成,各关键工作部件由两块侧板紧密连接,机具能一次性完成秸秆还田、施肥、播种、镇压等多道工序,且机具的总功耗小于25kw。本文对机具的三点悬挂机构进行了优化设计,将三点悬挂机构简化为两个相互关联的四连杆机构,借助矩阵变换理论、非线性规划理论,建立数学模型进行优化。优化设计后的三点悬挂机构能保证机具与拖拉机的协调性,并节省了约14.7%的材料。本文对机具的动力传递路线进行了优化设计,并合理分配各级传动比；机具的施肥播种的动力能直接来源于机具的齿轮箱,通过一个牙嵌式离合器控制动力传递路线的结合与断开,使播种施肥的速度与拖拉机的前进速度始终保持一致,与传统的地轮或镇压轮传递动力的方式相比,提高了施肥播种的稳定性与均匀性。本文研究发现刀轴反旋且转速为240r/min时作业效果最佳,选用IT195旋耕刀作为埋茬刀；依靠非线性规划理论对刀轴半径进行优化,使得刀轴的截面面积减少了21.6%；对机具的刀座排列进行优化,改善了机具的缠草壅土情况,减少振动冲击,延长了传动件的寿命。对机具进行田间试验,发现机具拥有良好的稳定性和通过性,作业效果良好,各项关键性能指标均能达到国家标准,目前该机具已经通过江苏省农机推广鉴定,可以进行大面积推广

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摘要 7-8ABSTRACT 8-10第一章绪论 10-21 1.1 背景 10-11 1.2 国内外少免耕联合作业机具发展现状 11-17 1.2.1 国外少免耕机具发展现状 12-14 1.2.2 国内少免耕机具发展现状 14-15 1.2.3 国内秸秆还田联合作业机具的发展现状 15-17 1.3 本课题研究目的与意义 17 1.4 研究内容与技术路线 17-19 1.4.1 研究内容 17-18 1.4.2 技术路线 18-19 1.5 本章小结 19 参考文献 19-21第二章秸秆还田施肥播种机总体结构设计 21-35 2.1 机具的配套动力与设计技术要求 21-22 2.1.1 机具配套动力 21 2.1.2 该项目机具设计的技术要求 21-22 2.3 机具的总体设计 22-31 2.3.1 机具总体结构设计与工作原理 22-23 2.3.2 侧板的设计 23 2.3.3 栅栏的设计 23-24 2.3.4 播种施肥部件设计 24-25 2.3.5 三点悬挂机构的优化设计 25-31 2.3.5.1 二维图形坐标变换方法 25-26 2.3.5.2 三点悬挂系统优化模型的建立 26-30 2.3.5.3 优化方法与优化结果 30-31 2.4 离合器的布置 31-32 2.5 机具功耗计算 32-33 2.5.1 影响功率消耗的因素 32 2.5.2 功率消耗计算 32-33 2.6 本章小结 33-34 参考文献 34-35第三章土壤工作部件的设计与优化 35-43 3.1 刀片运动分析及刀轴转速的确定 35-37 3.1.1 刀片的选择 35 3.1.2 刀轴正反转确定 35 3.1.3 刀片的运动分析 35-36 3.1.4 刀轴转速的确定 36-37 3.2 埋茬刀轴的优化设计 37-40 3.2.1 埋茬刀轴的受力分析 37-38 3.2.2 刀轴优化设计数学模型 38-39 3.2.3 优化方法与结果 39-40 3.3 刀座排列的优化设计 40-41 3.4 本章小结 41-42 参考文献 42-43第四章主要传动部件的设计 43-61 4.1 机具传动结构设计 43-45 4.1.1 动力传递路线 43-44 4.1.2 传动比设计 44-45 4.1.2.1 灭茬部分传动比设计 44 4.1.2.2 播种施肥传动比设计 44-45 4.2 直齿圆锥齿轮机构的设计 45-51 4.2.1 直齿圆锥齿轮的设计原则 45 4.2.2 直齿圆锥齿轮的尺寸设计 45-48 4.2.3 锥齿轮的强度校核 48-51 4.2.3.1 小锥齿轮的受力分析 48-49 4.2.3.2 齿根弯曲强度校核 49-50 4.2.3.3 接触强度校核 50-51 4.3 传动轴的设计 51-57 4.3.1 轴的设计原则 52 4.3.2 轴的设计计算 52-57 4.3.2.1 轴的受力分析 52-56 4.3.2.2 轴径的校核 56 4.3.2.3 轴强度的精确校核 56-57 4.4 轴承的选取 57-58 4.4.1 轴承的选择原则 57 4.4.2 轴承的选择 57 4.4.3 轴承的使用寿命校核 57-58 4.5 离合器的设计 58-59 4.5.1 离合器的设计原则 58-59 4.5.2 离合器的选择 59 4.5.3 牙嵌式离合器结构设计与工作原理 59 4.6 本章小结 59-60 参考文献 60-61第五章秸秆还田施肥播种机整机试验 61-70 5.1 试验目的 61 5.2 试验条件 61-62 5.3 试验方法 62 5.4 检测设备 62-63 5.5 机具主要性能测试 63-68 5.5.1 耕深的测量 63-64 5.5.2 耕后表面平整度 64 5.5.3 植被覆盖率的测量 64-65 5.5.4 排种量一致性变异系数的测量 65-66 5.5.5 播种均匀性变异系数 66-67 5.5.6 播种深度测量 67-68 5.6 试验结果的比较 68-69 5.7 本章小结 69 参考文献 69-70第六章总结与展望 70-72 6.1 研究的主要结论与创新点 70-71 6.1.1 本次研究的主要结论 70-71 6.1.2 本次研究的主要创新点 71 6.2 发展与展望 71-72致谢 72-74攻读硕士期间的研究成果 74

秸秆还田施肥播种机的设计与试验研究

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