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春油菜产区分布在高纬度高海拔地区,气候的地域差异性和过渡性明显。基于寒旱区覆膜作业方式的应用,结合国内外覆膜打孔机械主要是针对蔬菜移栽及大粒径种子作物,而小粒径种子覆膜打孔机械涉及较少的现实,开展油菜覆膜打孔精量穴播机设计与试验,该机可一次性完成旋耕、开沟、施肥播种、覆膜、膜上打孔、压膜覆土等作业工序,主要研究内容如下:(1)在系统分析了国内外本领域相关技术与装备研究进展基础上,基于油菜种植农艺及覆膜作业要求,研制了油菜覆膜打孔精量穴播机,确定了整机主要工作参数并分析了工作过程。同时对整机静态干涉状况及整机纵向稳定性开展了分析,确定了整机重心的水平距离为1209.28mm,基本位于其水平方向的中心位置,略近于旋耕部件,距离中点偏距较小,作业稳定性较好。分析了整机传统系统,确定了链传动方式及双侧地轮驱动传动结构。(2)分析并阐述了平行滚筒支撑式覆膜装置的关键技术及工作过程,设计了幅宽为2m,由覆膜架、双滚筒式载膜机构组成的平行滚筒支撑式覆膜装置,确定了该平行滚筒支撑式覆膜装置各部件的结构及参数;分析阐述了滚轮锥钉组合式打孔装置的打孔方式及打孔原理,根据构建的锥钉与地膜接触面积数学模型及高速摄像技术,分析了三角锥型和圆锥型打孔锥钉的入膜破膜能力,并依据实际破膜效果确定了打孔锥钉为圆锥型结构,设计并确定了打孔锥钉、打孔滚轮结构及参数。(3)分析阐述了穴播排种系统关键技术与工作原理,并配套选择了勺式精量穴播排种器作为整机排种装置,选用双圆盘开沟器作为配套播种开沟装置,并确定双圆盘开沟器主要参数及空间布局。依据覆膜打孔作业方式及整机空间位置,确定了滚轮锥钉组合式打孔装置整体布局结构方案。分析并阐述了压膜覆土装置的作业方式及工作过程,改进设计了压膜覆土装置总成、确定了压膜覆土装置的空间布局。油菜覆膜打孔精量穴播机两侧压膜轮中心距离1.8m、覆土圆盘中心距离2.1m。(4)基于有限元法开展了对平行滚筒支撑式覆膜装置的静态仿真分析,确定了其载膜机构变形量最大值为0.29mm、应力最大值为76.02MPa、覆膜架变形量最大值为2.48mm、应力最大值为35.64MPa,仿真结果远小于各构件的额定变形量和应力,表明设计合理;以膜边覆土厚度和膜边覆土宽度为指标,基于EDEM离散元法开展了压膜覆土装置总体设计及空间布局合理性的仿真试验,结果表明:膜边覆土厚度为38.33mm,膜边覆土宽度为91.67mm,EDEM仿真试验结果符合覆膜作业农艺要求,压膜覆土装置设计及布局合理。(5)分析了滚轮锥钉组合式打孔装置膜上运动过程及膜孔形成情况,确定了锥钉关键点运动轨迹为长幅旋轮线,分析得出膜孔理论长度为17.32～43.38mm,确定了影响打孔性能的主要因素为:打孔锥钉直径、打孔锥钉顶角以及打孔滚轮半径。建立滚轮锥钉组合式打孔装置ADAMS参数化仿真模型,分析滚轮锥钉组合式打孔装置运动轨迹及其形态,验证了理论分析的正确性;开展了各主要因素对打孔性能影响的单因素仿真试验,确定了打孔锥钉直径为14～18mm、打孔锥钉顶角为47°～53°、打孔滚轮半径为60～70mm时,膜孔合格率不低于86%;膜孔间距合格率不低于89.47%,打孔性能良好;采用四因素三水平L9(3~4)正交试验方法,多因素寻优试验及参数优化得出最优参数组合为:打孔锥钉顶角53°、打孔锥钉直径16mm、打孔滚轮半径65mm、机组前进速度4.17km/h。在该仿真参数组合下,得到试验指标膜孔长度为21.23mm、膜孔间距偏差为0.29mm。(6)开展了压膜覆土装置与滚轮锥钉组合式打孔装置性能试验、油菜覆膜打孔精量穴播机田间试验。结果表明:膜边覆土宽度在60～100mm范围内、膜边覆土厚度在35～50mm范围内,符合覆膜作业要求。两膜孔间距为40～60mm,膜孔长度为18～30mm,各行1m内平均膜孔长度为20.16mm,单行膜孔长度变异系数为3.48%～5.21%;各行1m内平均膜孔间距为51.61mm,单行膜孔间距变异系数为2.31%～5.03%;各行膜孔长度一致性变异系数为4.29%,各行膜孔间距均匀性变异系数为3.88%,满足膜上成孔及油菜穴距要求。在土壤含水率为18.38%、土壤坚实度为2240.8KPa的工况条件下,整机田间试验测得播种量、油菜平均种植密度、膜边覆土宽度合格率和膜边覆土厚度合格率分别为3.86kg/hm~2、59株/m~2、85%和90%,表明油菜覆膜打孔精量穴播机满足春油菜覆膜机械化作业要求。