秸秆粉碎还田机新型刀片的设计与试验

秸秆粉碎还田技术是保护性耕作模式的核心环节之一，通过秸秆粉碎还田不仅能够提高秸秆利用率，而且能有效的增加土壤有机质，改善土壤物理性质和结构，固定和保存碳、氮等养料，促进土壤中植物养料的转化，提高土壤保、蓄水能力，提高粮食产量，保护国家粮食安全，促进农业的可持续性发展。秸秆粉碎还田刀片是秸秆粉碎还田机的重要工作部件，本论文主要是对刀片的工作过程进行分析，总结现有刀片的优缺点，设计出新型V-L型秸秆粉碎还田刀片，并对其结构参数进行优化，利用较优参数的刀片进行整机的田间性能试验。通过对现有刀片优缺点的分析研究，利用Inventor三维软件，并对秸秆粉碎还田刀片的结构创新，设计出V-L新型刀片。利用Inventor三维软件内的有限元模块，对新刀片进行有限元静力学分析，得出新型刀片的合理厚度为8mm。同时通过对刀片粉碎过程的分析，在新型刀片的V-L结构设计中，加入前倾角，克服刀片在工作过程中的向后偏转问题。新刀片与现有刀片相比，增加刀片的转动惯量，提高整机的粉碎效率，延长刀片的使用寿命。基于刀片的设计，加工出9种不同参数的新型刀片。在设计加工过程中，以65Mn钢板为原料加工制作，遵循了国际、国内的加工工艺，在刀片刃线面实施0.5mm高频淬火，以达到刀片设计的自磨刃的功能。用不同参数的新型刀片分别装配在秸秆粉碎还田机上，以秸秆粉碎率为衡量指标，进行刀片的结构参数的双因素试验。通过试验获得了较优刀片的较优结构参数为刀片前倾角度10°，刀片刃线与地面夹角14°。利用较优参数刀片在不同工作参数条件下进行整机试验，得出了较优的刀片整机工作参数为刀轴的转速1400r/min，拖拉机前进速度为1m/s。通过对整机综合效果测试，装配新型刀片的整机秸秆粉碎率达到93.34%，轮辙间留茬平均高度为61mm，秸秆抛撒不均匀度小于14.7%，纯生产率0.48Hm~2/(m·h)，各项工作指标均满足国标要求。利用JMM转盘式磨料磨损试验机进行新型刀片的自磨刃性能试验研究。通过刀片尺寸磨损量的测量表明，刃线处的耐磨性能更为优良，因此，新型刀片在使用过程中会越磨损越锋利，即具备设计中要求的自磨刃的功能。本论文对秸秆粉碎还田刀片进行了研究和创新，新型刀片的研制具有一定的实际应用价值，为更进一步研究秸秆粉碎还田机提供了一定参考。