【摘 要】
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长江中下游作为我国冬油菜主产区,种植模式以稻-油或稻-稻-油水旱轮作为主,针对该区域全茬水稻地油菜直播作业时茬高量大、土壤含水率较高对机具适应性和播种作业质量与效率影响较大,而联合收获机专用于收获利用率较低等问题,提出了一种“基于稻麦联合收获机为动力平台配置油菜播种机,通过前置收获平台收集浮草残茬、后置耕播系统实现旋耕播种”的全茬水稻地油菜直播工艺方案,并据此工艺方案集成设计了一种履带式联合收获动
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长江中下游作为我国冬油菜主产区,种植模式以稻-油或稻-稻-油水旱轮作为主,针对该区域全茬水稻地油菜直播作业时茬高量大、土壤含水率较高对机具适应性和播种作业质量与效率影响较大,而联合收获机专用于收获利用率较低等问题,提出了一种“基于稻麦联合收获机为动力平台配置油菜播种机,通过前置收获平台收集浮草残茬、后置耕播系统实现旋耕播种”的全茬水稻地油菜直播工艺方案,并据此工艺方案集成设计了一种履带式联合收获动力平台的油菜直播机（简称“履带式油菜直播机”）,用于在水稻收获后未处理地表直接进行油菜播种作业,一次进地可完成秸秆还田、种床旋耕、作畦开沟与播种覆土等工序。主要研究内容及结论如下:（1）在系统分析国内外油菜机械化直播技术与装备及农机悬挂系统研究现状基础上,基于稻茬地工况特性和油菜种植农艺要求,提出了一种“基于稻麦联合收获机为动力平台配置油菜播种机,通过前置收获平台收集浮草残茬、后置耕播系统实现旋耕播种”的全茬水稻地油菜直播工艺方案;开展了履带式油菜直播机总体方案设计与分析,确定了收获平台与耕播系统衔接关键部件结构和主要技术参数;通过履带式油菜直播机纵向稳定性分析确定了整机重心位置,得到纵向稳定性储备利用系数为0.198,符合履带式机组各部分质量配置要求,可满足履带式油菜直播机田间作业与转移基本要求。（2）研制了履带式油菜直播机关键装置并对其结构参数进行了分析,具体包括:（1）通过分析确定了悬挂升降系统结构与相关参数,并利用接近开关对金属的敏感特性设计定位控制装置以实现悬挂架升降的安全可控;根据升降原理对悬挂架横向受力进行分析表明,采用三对带6205轴承外径67加厚轨道轮作为导向轮,搭配两对外径62单边轨道轮作为限位轮可提高升降过程的稳定性。（2）对传动系统进行了动力匹配与参数优化设计,阐述了传动系统结构组成与工作过程,采用带传动、链传动和齿轮传动相结合的方式实现动力传递,基于MATLAB优化工具箱对两级链传动进行了参数优化,得到两级链传动传动比分别为1.7和2.0,分别选用16A单排86节滚子链与16A单排114节滚子链。（3）分析确定了耕播系统与导草装置结构与相关参数,根据整机布局确定耕播系统采用侧传旋耕机,通过悬挂架后置与排种器侧置达到稳定挂接与布局紧凑目的,开展排种器侧置台架试验确定了排种器安装高度应大于等于800mm,导草装置采用罩壳、筛网、风机与调速器组合式结构实现侧厢覆秸功能。（3）基于ANSYS Workbench开展了悬挂升降系统静力学分析与模态分析。依据履带式油菜直播机在地块间转移与田间作业时的受载特点,将悬挂架受载状态分为运输状态与工作状态,对不同状态下的悬挂升降系统进行静力学分析与模态分析,校核了其刚度强度并对其动态特性进行了分析。（1）静力学分析结果表明,两种状态最大变形均较小,最大应力均位于导向轮上;取导轨与悬挂架单独分析可知,运输与工作状态导轨与悬挂架最大应力分别为147.44MPa、145.06MPa与89.91MPa、121.83MPa,均小于许用应力值,刚度和强度均满足使用要求;（2）有预应力的模态分析结果表明,运输状态和工作状态悬挂升降系统前六阶固有频率范围分别为44.34～216.26Hz和83.15～207.07Hz,运输状态主要变形位置为斜拉杆、导轨顶部、悬挂架主框架与下挂接板头,主要变形形式为弯曲、扭转与摆动;工作状态主要变形位置为下挂接板头、上挂接板、竖梁以及竖梁与横梁焊接处,主要变形形式为弯曲、摆动与扭转;由悬挂升降系统外部激励分析可知,运输与工作状态悬挂升降系统前六阶固有频率均避开了外部激励激振频率范围,不会发生共振。（4）试验评价了履带式油菜直播机旋耕作业效果与整机性能,并通过耕播系统牵引阻力测试检验了悬挂升降系统实际工作性能。（1）耕播系统牵引阻力测试结果表明,总牵引阻力随作业速度增加而增加,作业速度从0.5m/s增大至0.9m/s,总牵引阻力从1487.23N增大至3267.64N;试验过程悬挂架升降顺畅,测试结果与仿真结果对比说明悬挂升降系统能确保其在安全行程内稳定升降与牵引工作;（2）旋耕性能试验结果表明,收获平台动力能稳定传递至耕播系统,总体能在保证收获平台各功能部件稳定运行同时满足旋耕作业所需动力要求,旋耕作业后厢面较平整,作业幅宽2400mm,最大耕深达150mm;（3）整机田间试验结果表明,在留茬与土壤含水率较高工况下履带式油菜直播机作业较稳定,机具通过性较好,整机作业后厢面平整,沟型稳定,无因堵塞造成的地表拖堆,平均耕深达125mm,耕深稳定性系数为92.4%,碎土率为83.7%,旋耕层深度合格率为95%,均满足标准规定作业质量指标,可用于稻油轮作区稻收后未处理地表直接开展油菜播种作业。
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