【摘 要】
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我国长江中下游地区,油菜种植一般为稻油轮作,在前茬水稻收获后,接茬油菜种植采用精量联合直播方式,一次性完成耕整地、播种施肥等油菜种植工序,具有轻简高效、节本增产等显著优势。长期的研究与生产实践发现,随着水稻产量的逐年增加,水稻收获后秸秆浮草量大,且稻茬田土壤黏重板结,在秸秆禁烧的条件下,联合直播作业机具易发生触土工作部件缠绕壅堵、种子落在秸秆上难以出苗等问题,稻茬田油菜直播时前茬秸秆浮草处理成为一
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我国长江中下游地区,油菜种植一般为稻油轮作,在前茬水稻收获后,接茬油菜种植采用精量联合直播方式,一次性完成耕整地、播种施肥等油菜种植工序,具有轻简高效、节本增产等显著优势。长期的研究与生产实践发现,随着水稻产量的逐年增加,水稻收获后秸秆浮草量大,且稻茬田土壤黏重板结,在秸秆禁烧的条件下,联合直播作业机具易发生触土工作部件缠绕壅堵、种子落在秸秆上难以出苗等问题,稻茬田油菜直播时前茬秸秆浮草处理成为一个亟待解决的问题。在农艺方面,将秸秆覆盖在播种油菜后的厢面上,可以有效改良土壤结构、蓄水保墒、抑制杂草生长、促进油菜根系生长发育,达到增产的效果。本文将油菜种植农艺要求与秸秆机械化覆盖还田技术相结合,提出了“秸秆捡拾-推送-提升-抛撒”的覆草方案,设计了与油菜精量联合直播机配套的覆草装置并研制了油菜覆草直播机,通过理论分析确定了各关键部件结构参数和工作参数以及各部件之间的安装位置和安装角度,通过仿真与试验相结合,开展了机架的刚度强度分析以及振动测试分析,通过台架性能试验和田间试验测试整机的参数确定合理性以及作业效果,整机可一次作业较好地完成水稻秸秆浮草捡拾堆集输送、旋耕整地、开畦沟、施肥、油菜播种并覆草等工序。主要研究内容如下:（1）系统分析了国内外对机械化秸秆还田技术的研究,提出了“捡拾-推送-提升-抛撒”的机械化秸秆覆盖还田作业方案,设计了与油菜精量联合直播机配套的覆草装置,确定了各关键部件的结构和工作参数,并研制了油菜覆草直播机,主要包括:分析整机作业过程,确定了整机作业幅宽为2000mm;捡拾装置弹齿排数为4排,弹齿间距为65mm,弹齿杆长度为245mm,弹齿端部离地最小距离为35mm,捡拾滚筒转速为80r/min;螺旋输送装置叶片螺距为300mm,叶片外直径为300mm,滚筒轴径为76mm,螺旋叶片与输送壳体间距为5mm,中心轴转速为270r/min;提升-抛撒两段式链式输送装置的安装倾角为38°,L形链耙杆采用半圆齿形,耙齿杆高度为40mm,耙齿顶与输送槽底板距离为30mm,主动轮转速为350r/min。（2）通过开展油菜覆草直播机台架试验与田间功能性试验,验证了覆草装置能够较顺畅的实现秸秆浮草捡拾-推送-提升-抛撒功能,并能配合完成旋耕整地、开畦沟、施肥、播种后覆草等工序,但随工作时长增加,前机架在三点悬挂、后梁、斜拉杆筋板位置发生了轻微变形,试验结果为整机改进方案提供了依据。（3）对整机参数及覆草装置关键部件进行理论分析与结构改进设计,结合性能测试中出现的问题,确定改进后的覆草直播机:整机长度缩短了1000mm;总质量减少了200kg;简化了传动系统,确定了各旋转部件的传动比;配套动力由90kw降低到67.8kw;确定了捡拾装置的离地高度为45mm,秸秆捡拾装置与螺旋输送装置的安装角度为8°;链式输送装置改为单体式,输送槽宽度增大到550mm,链耙齿顶与输送槽底板距离缩小为20mm,主动轮转速为270r/min。（4）基于ANSYS/workbench软件对油菜覆草直播机的机架静力学分析和模态分析。静力学分析得到了机架最大应力点位于侧板和侧梁连接位置处,最大应力为82.92MPa,小于材料Q235的屈服强度,机架最大变形点位于后梁上,最大变形为1.76mm,满足静力学强度和刚度要求;模态分析得到了机架前六阶固有频率分别为15.68、17.13、23.31、23.94、26.21、49.36Hz,分析前六阶振型,前两阶振动主要发生在后梁与侧板尾部,三、四、五阶振动主要发生在机架斜拉杆上,第六阶振动主要发生在侧板支撑肥箱位置处,在此基础上,研究油菜覆草直播机机架在待机、空转、作业三种不同状态下的振动特性,开展了田间振动测试试验,采集振动信号,并将三种状态下的X、Y、Z三轴方向的前三阶振动频率信号与机架前三阶固有频率比较,相差较远,由此得到了改进后的油菜覆草直播机机架不易产生共振的结论。（5）开展了油菜覆草直播机性能试验与田间播种试验。台架试验测试在理论分析确定的覆草装置各部件工作参数下的缠草量,得到了稻草在工作部件上缠绕累积到0.1kg左右时便趋于稳定状态;测试了秸秆均匀铺放装置在210、240、270、300、330r/min五种不同转速下的秸秆覆盖均匀率,得到了秸秆均匀铺放装置最佳转速为300r/min;均匀布置浮草量为0.9kg/m~2的作业工况,开展了田间测试得到秸秆捡拾率在每次试验中均超过90%,并验证了均匀铺放装置经台架试验确定的转速合理性;田间播种作业试验表明油菜覆草直播机各环节工作部件作业稳定,整机可一次作业较好地完成水稻秸秆浮草捡拾堆集输送、旋耕整地、开畦沟、施肥、油菜播种并覆草等工序。
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