分置式耕播机“三点悬挂”连接机构的设计、仿真和试验研究
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摘要
伴随着经济发展，我国农机化发展进入新的时期，它的目的不再是单纯的提高劳动生产率，而是要同时保证节能降耗、蓄水保墒、保护土壤和增产增收。吉林省是重要的粮食生产基地，但该省土壤黑土层退化严重，粮食生产受干旱影响很大，传统的耕作方式对土壤扰动极大。留茬少耕可有效增加土壤中有机质的含量，并减少对土壤结构的破坏。耕播联合作业机和免耕播种机都能满足留茬地表少耕的作业要求，但是当前市场上耕播联合作业机较少，免耕播种机的价格相对较贵。因此，设计一种新型实用的连接机构连接现有的旋耕机（或碎茬机）和播种机进行联合作业是非常有必要的。连接机构可有效降低购机成本，主要作用是保证整机联合使用，单机独立作业，满足两个单机在不同起伏程度的地面上串接使用的作业要求，实现一机三用。
本文主要内容是设计“三点悬挂”连接机构和分置式耕播机。对连接机构的工作原理、仿形性能进行理论分析和仿真模拟，进行田间试验验证该机构的仿形性能和整机蓄水保墒的作业效果。
分置式耕播机旋耕（碎茬）模块选择1GFZ-4耕整机，播种模块选择2BJ-4播种机。连接机构需保证两个单机间距适中，且自身结构简单，能够仿形，保证工作中播种机地轮与地面的有效接触和施肥开沟深度的稳定性。连接机构的尺寸设计与两个单机的结构和参数密切相关。单机最长有效间距由耕播机组纵向稳定性决定的，通过对整机纵向稳定性储备利用系数和爬坡稳定性指数的分析得出两个单机间最长间距为40cm；单机最短有效间距由旋耕或碎茬时的抛土距离决定，经计算为19cm。通过对连接机构的仿形理论分析得出：在地形坡角变化时，“三点悬挂”连接机构可保证播种机地轮与地面的有效接触和施肥铲开沟深度的稳定性，保证整机相对地面仿形；该机构上仿形极限偏角为4.02°，下仿形极限偏角为6.42°，总仿形量大小为73.4mm。
通过对东北地区坡耕地的考察，建立坡角变化分别为±4°和±8°、±12°和±16°模拟地形。通过对播种机地轮和施肥开沟器的运动分析，得出评价连接机构仿形性能的三条标准。即地轮中心在竖直方向的运动轨迹与地面起伏走势的差异性、地轮边缘一点在机组前进方向的运动轨迹和施肥开沟器尖端在竖直方向的运动轨迹与合理施肥上下限的位置关系。经Pro/E与ADAMS联合仿真得出：刚性机构只能保证分置式耕播机在坡角变化为±4°地形上稳定工作，“三点悬挂”连接机构可保证分置式耕播机在坡角变化为±12°地形上平稳有效的工作；
根据播种机的行业标准和技术指标，试验分别验证了播种机施肥、播种深度的一致性和播种均匀性，经测试地轮的滑移率、施肥和播种的深度、播种的合格率、重播率和漏播率等均达到行业标准。
与传统作业方式相比，耕播联合作业可有效减少土壤中水分的蒸发，有利于水分在土壤中传导，提高土壤含水量和蓄水量，对土壤增温有很大的作用，能为种子萌发提供更为有利的条件。
Accompany with the economic development in our country, agricultural mechanizationdevelopment has come to a new period. The aim is not only raising labor productivity, butalso energy conservation and cost reduction, moisture conservation, soil protection,increasing production and incomes. Jilin province is one of the most important grainproduction areas. However, Jilin black soil is decreasing seriously. It has a significant impactof drought on food production. And traditional tillage methods damage the soil structureseverely. Non-tillage with stubble can increase the organic matter content of soil and reducethe destruction of soil struction. Both till-planter and no-till planter can meet the operationalrequirements of non-tillage with stubble lands. However, not only is till-planter less, but alsono-till planter is more expensive in the current market. Therefore, it is necessary to design anew and practical linkage making the existing rotary tiller, stubble crushing machine andplanter work together. The linkage can reduce the purchase cost effectively. The mainfunctions are to ensure joint use and stand-alone operation of the two independent machine,to meet the operational requirments of till-planter on the land surface with roughness degree,to ensure the machine with three functions.
The main contents of this paper are to design three-point hitch linkage, to analyzeworking principle, to simulate working process, to test in farmland and verify the operationaleffectiveness of moisture conservation.
Rotary tiller module of the separated till-planter choose1GFZ-4tillage machine, sowingmodule choose2BJ-4planter. The three-point hitch linkage need to ensure the moderatedistance between the two stand–alone machines, need to have copying function, need to havesimple structure, need to ensure the effective contact between land wheel and ground and thestable depth of fertilizer opening. Dimension design of the linkage is related to the structureof the stand-alone machines. The maximum effective distance is determined by the unitlongitudinal stability reserve coefficient and climbing stability coefficient. The maximumeffective distance is40cm. The minimum effective distance is determined by the distance ofsoil throwing when rotary tillaging or stubble breaking. The minimum effective distance is19cm. It can be concluded that the lingkage ensure the stability of depth of the fertilizer opener and the effective contact between land wheel and ground by analyzing the profilingtheory of the three-point hitch linkage. The upper profiling liminted angle is4.02°. Thelower profiling limited angle is6.42°. The total profiling amount is73.4mm.
Establish the ground model with different changes in slope angle after investigating thesloping land of the Northeast, which are±4°and±8°,±12°and±16°separately. Gain threestandards about evaluating the linkage by analyzing the movements of land wheel andfertilizer opener. Firstly, difference between land wheel center trajectory path in the verticaldirection and the ground undulating. Secondly, the trajectory path in the forward direction ofa point at the edge of land wheel round. Thirdly, the positional relationship betweentrajectory of the cutting-edge of fertilizer opener and upper and lower limits of fertilization.We get some conclusions by simulating with Pro/E and ADAMS. The rigid mechanism canonly ensure the separated till-planter work stably on the ground model with±4°changes inslope angle. The three-point hitch linkage can ensure the separated till-planter work stably onthe ground model with±12°changes in slope angle.
According to industry standards and technical specifications of the planter, theexperiments verified the consistency of the planter fertilization and seeding depth andseeding uniformity. According to the test, the slide rate of land wheel, the depth offertilization and seeding, the qualified rate, the reseeding rate and leakage seeding ratereached industry standards.
Compared with traditional cultivation, combined operation can reduce the soil moistureevaporation effectively, be favor of the conduction of water in the soil and be of great help toimprove soil moisture, water storage capacity and soil temperature. The combined operationcan provide more favorable conditions for seed germination.
本文主要内容是设计“三点悬挂”连接机构和分置式耕播机。对连接机构的工作原理、仿形性能进行理论分析和仿真模拟，进行田间试验验证该机构的仿形性能和整机蓄水保墒的作业效果。
分置式耕播机旋耕（碎茬）模块选择1GFZ-4耕整机，播种模块选择2BJ-4播种机。连接机构需保证两个单机间距适中，且自身结构简单，能够仿形，保证工作中播种机地轮与地面的有效接触和施肥开沟深度的稳定性。连接机构的尺寸设计与两个单机的结构和参数密切相关。单机最长有效间距由耕播机组纵向稳定性决定的，通过对整机纵向稳定性储备利用系数和爬坡稳定性指数的分析得出两个单机间最长间距为40cm；单机最短有效间距由旋耕或碎茬时的抛土距离决定，经计算为19cm。通过对连接机构的仿形理论分析得出：在地形坡角变化时，“三点悬挂”连接机构可保证播种机地轮与地面的有效接触和施肥铲开沟深度的稳定性，保证整机相对地面仿形；该机构上仿形极限偏角为4.02°，下仿形极限偏角为6.42°，总仿形量大小为73.4mm。
通过对东北地区坡耕地的考察，建立坡角变化分别为±4°和±8°、±12°和±16°模拟地形。通过对播种机地轮和施肥开沟器的运动分析，得出评价连接机构仿形性能的三条标准。即地轮中心在竖直方向的运动轨迹与地面起伏走势的差异性、地轮边缘一点在机组前进方向的运动轨迹和施肥开沟器尖端在竖直方向的运动轨迹与合理施肥上下限的位置关系。经Pro/E与ADAMS联合仿真得出：刚性机构只能保证分置式耕播机在坡角变化为±4°地形上稳定工作，“三点悬挂”连接机构可保证分置式耕播机在坡角变化为±12°地形上平稳有效的工作；
根据播种机的行业标准和技术指标，试验分别验证了播种机施肥、播种深度的一致性和播种均匀性，经测试地轮的滑移率、施肥和播种的深度、播种的合格率、重播率和漏播率等均达到行业标准。
与传统作业方式相比，耕播联合作业可有效减少土壤中水分的蒸发，有利于水分在土壤中传导，提高土壤含水量和蓄水量，对土壤增温有很大的作用，能为种子萌发提供更为有利的条件。
Accompany with the economic development in our country, agricultural mechanizationdevelopment has come to a new period. The aim is not only raising labor productivity, butalso energy conservation and cost reduction, moisture conservation, soil protection,increasing production and incomes. Jilin province is one of the most important grainproduction areas. However, Jilin black soil is decreasing seriously. It has a significant impactof drought on food production. And traditional tillage methods damage the soil structureseverely. Non-tillage with stubble can increase the organic matter content of soil and reducethe destruction of soil struction. Both till-planter and no-till planter can meet the operationalrequirements of non-tillage with stubble lands. However, not only is till-planter less, but alsono-till planter is more expensive in the current market. Therefore, it is necessary to design anew and practical linkage making the existing rotary tiller, stubble crushing machine andplanter work together. The linkage can reduce the purchase cost effectively. The mainfunctions are to ensure joint use and stand-alone operation of the two independent machine,to meet the operational requirments of till-planter on the land surface with roughness degree,to ensure the machine with three functions.
The main contents of this paper are to design three-point hitch linkage, to analyzeworking principle, to simulate working process, to test in farmland and verify the operationaleffectiveness of moisture conservation.
Rotary tiller module of the separated till-planter choose1GFZ-4tillage machine, sowingmodule choose2BJ-4planter. The three-point hitch linkage need to ensure the moderatedistance between the two stand–alone machines, need to have copying function, need to havesimple structure, need to ensure the effective contact between land wheel and ground and thestable depth of fertilizer opening. Dimension design of the linkage is related to the structureof the stand-alone machines. The maximum effective distance is determined by the unitlongitudinal stability reserve coefficient and climbing stability coefficient. The maximumeffective distance is40cm. The minimum effective distance is determined by the distance ofsoil throwing when rotary tillaging or stubble breaking. The minimum effective distance is19cm. It can be concluded that the lingkage ensure the stability of depth of the fertilizer opener and the effective contact between land wheel and ground by analyzing the profilingtheory of the three-point hitch linkage. The upper profiling liminted angle is4.02°. Thelower profiling limited angle is6.42°. The total profiling amount is73.4mm.
Establish the ground model with different changes in slope angle after investigating thesloping land of the Northeast, which are±4°and±8°,±12°and±16°separately. Gain threestandards about evaluating the linkage by analyzing the movements of land wheel andfertilizer opener. Firstly, difference between land wheel center trajectory path in the verticaldirection and the ground undulating. Secondly, the trajectory path in the forward direction ofa point at the edge of land wheel round. Thirdly, the positional relationship betweentrajectory of the cutting-edge of fertilizer opener and upper and lower limits of fertilization.We get some conclusions by simulating with Pro/E and ADAMS. The rigid mechanism canonly ensure the separated till-planter work stably on the ground model with±4°changes inslope angle. The three-point hitch linkage can ensure the separated till-planter work stably onthe ground model with±12°changes in slope angle.
According to industry standards and technical specifications of the planter, theexperiments verified the consistency of the planter fertilization and seeding depth andseeding uniformity. According to the test, the slide rate of land wheel, the depth offertilization and seeding, the qualified rate, the reseeding rate and leakage seeding ratereached industry standards.
Compared with traditional cultivation, combined operation can reduce the soil moistureevaporation effectively, be favor of the conduction of water in the soil and be of great help toimprove soil moisture, water storage capacity and soil temperature. The combined operationcan provide more favorable conditions for seed germination.
引文
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