中耕分层深松技术研究及深松部件的有限元分析

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在现代农业生产中,农业生产和农业技术的发展不仅仅以提高农作物单位产量为目标,要通过改善耕作措施,提高土壤蓄雨纳肥能力,充分利用自然降雨来发展旱地农业,建立有良好的农业生态环境、可持续发展、和谐发展的社会主义新农业。辽西地区属于半干旱地区,严重缺水,水土流失严重,土壤肥力不足,持水能力低下,尚属“雨养农业”,靠天吃饭。在这些无灌溉条件的旱区,通过改善耕作措施,提高土壤蓄雨纳肥能力和自然降雨的利用是发展旱地农业生产的重要途径。中耕深松技术既能适应干旱少雨地区的蓄水要求,又能有足够的深松深度来打破犁底层。本课题结合农业部“辽西地区农业保护性耕作试验研究”项目的研究工作,降雨前对田间作物进行行间深松,目的是使土壤形成虚实并存的结构,既能满足干旱少雨地区的蓄水要求,使土壤充分吸收雨水,满足作物生长的水、肥、气、热条件,又能打破坚实的犁底层,促进作物根系的生长发育,实现保水、保土、保肥、保护环境,促进农业可持续发展。课题的研究主要在辽宁省阜新县他本扎兰镇的“国家863项目”的试验田中进行,应用1HS-1.2型中耕深松机进行田间试验,并且对其结构进行改进。课题的主要研究内容及研究成果:1、在对辽西地区自然气候条件、农业生产及机械化保护性耕作等方面的资料和现在耕作中存在问题的调查,论证了分层深松技术实施的可行性;提出了分层深松机理,即前铲松上层,后铲松下层,以求土层不乱、耕后土壤散碎适度和在深松部位耕层中无土块架空,上下土层均不翻转,表土、底土位置不变,实地土层在原位熟化。2、通过对深松铲柄的土壤动力学分析以及对深松铲头的有限元分析,铲柄的入土部分采用弧形,铲柱与铲头连接处采用与水平面成23°切线过度;深松铲头的起土角α,一般为20°,其中双翼铲的起土角为17°20’和19°30’,鸭掌铲的起土角为13°20’。在此参数下,深松铲最大应力和变形值均在许用应变和许用应力的范围之内,即结构刚度和结构强度满足许用要求。3、更换铲头、调节耕深、调节每组两深松铲之间的距离,通过正交试验测出不同状况下土壤的牵引阻力、深松过后的上下沟槽的宽度,记录下多组数据,运用正交试验拟水平法进行方差分析,并参照农艺学的基础知识,得出前铲最佳类型为鸭掌铲、后铲为小凿铲、前后铲之间的距离为700mm,中耕深度要达到30cm,为中耕深松机具的优化与改进提供更进一步的理论依据。4、测出土壤深松前后的坚实度、持水量,坚实度从128.5N/cm3降到103.2N/cm3;持水量10-20cm层从19.5%降到17.6%、20-30cm层从21.1%升到24.6%、30-40cm层从28.3%升到32.4%,通过数据的方差分析可以看出深松有利于降低土壤坚实度,形成上虚下实的土层结构,蓄水保墒。5、对中耕深松后玉米的根系和未深松的玉米的根系进行研究,表明中耕深松后玉米的主根根长和直径增加,主根和须根的根长密度增大,而且主根上的须根也增多,中耕深松促进了玉米根系的生长发育;对中耕深松后和未深松的玉米,谷子和花生的生长发育指标进行试验测定和数据的方差分析,说明中耕深松对不同作物生长发育的影响程度是不同的,其中影响最明显的是玉米和谷子的株高,玉米的茎粗影响明显。6、对1HS-1.2型中耕深松机进行社会效益分析和经济效益回归分析,证明了保护性耕作分层深松技术有利于保护生态环境,并能促进农作物的增产增收(以阜新为例,计算得到农民种植玉米每公顷纯增收3259.15元。),实现可持续发展的农业,同时将有利于提高我国农机具产品的竞争力。
摘要第11-13页
Abstract第13-15页
第一章 绪论第16-31页
    1.1 研究土壤深松的目的和意义第16-22页
        1.1.1 土壤深松技术的研究第16-18页
        1.1.2 土壤深松技术在旱作农业中的应用第18-19页
        1.1.3 土壤深松技术在辽西旱作农业区的发展第19-22页
        1.1.4 土壤深松在保护性耕作中的作用第22页
    1.2 国外深松机具的发展现状第22-27页
    1.3 国内深松机具的发展现状第27-29页
    1.4 论文研究的主要内容第29-30页
    1.5 论文研究的技术路线第30-31页
第二章 分层深松机理的研究第31-41页
    2.1 土壤分层深松的工作原理第31-33页
        2.1.1 分层深松的提出依据第31页
        2.1.2 分层深松的工作原理第31页
        2.1.3 土壤中耕深松的工艺原理第31-33页
    2.2 中耕深松作业的特点第33-41页
        2.2.1 中耕分层深松的特点第34页
        2.2.2 中耕深松的农艺学基础第34-35页
        2.2.3 分层深松对作物根系的影响第35-37页
        2.2.4 分层深松的蓄水保墒第37-38页
        2.2.5 分层深松的减阻节能第38-39页
        2.2.6 分层深松节约资源第39页
        2.2.7 分层深松改良农田生态环境第39-40页
        2.2.8 分层深松促进农业可持续发展第40-41页
第三章 深松部件的力学分析与有限元设计第41-71页
    3.1 深松铲的结构和工作性能第41-45页
        3.1.1 深松铲的结构第41页
        3.1.2 深松铲的工作性能第41-44页
        3.1.3 深松铲力的预测模型及松土范围第44-45页
    3.2 深松铲的土壤动力学分析第45-55页
        3.2.1 倾斜耕作部件的分析第45-50页
        3.2.2 垂直耕作部件的分析第50页
        3.2.3 土壤的切削第50-55页
    3.3 深松铲受力分析第55-60页
        3.3.1 单柱凿式深松铲受力分析第55页
        3.3.2 底刀铲面的受力分析第55-56页
        3.3.3 铲柄的受力分析第56-60页
    3.4 深松铲的有限元分析第60-66页
        3.4.1 有限单元法软件第60-62页
        3.4.2 深松铲的三维实体造型第62-63页
        3.4.3 深松铲的有限元分析第63-66页
    3.5 深松铲柄和深松铲头结构形式第66-67页
        3.5.1 深松铲柄结构第66-67页
        3.5.2 深松铲头结构第67页
    3.6 1HS—1.2型中耕深松机的总体结构第67-71页
        3.6.1 1HS-1.2型中耕深松机的结构特点第68-69页
        3.6.2 1HS-1.2型中耕深松机的工作过程第69-71页
第四章 1HS-1.2型中耕深松机的田间试验与试验分析第71-98页
    4.1 1HS—1.2型中耕深松机总体试验设计第71-77页
        4.1.1 测定牵引阻力的试验第71页
        4.1.2 测定深松后土壤沟槽形状的试验第71-72页
        4.1.3 试验数据统计及分析第72-77页
    4.2 土壤理化性质参数的测定与分析第77-89页
        4.2.1 土壤理化性质的测试与分析第78-87页
        4.2.2 对比试验第87页
        4.2.3 测试深松前后土壤理化性质的试验结论第87-89页
    4.3 深松后玉米生长发育的研究第89-97页
        4.3.1 深松后玉米根长的研究第89-91页
        4.3.2 深松后玉米根长密度的研究第91-93页
        4.3.3 深松后作物的生长发育研究第93-97页
    4.4 试验结论第97-98页
第五章 深松机部件的有限元分析与结构改进第98-109页
    5.1 仿形弹簧的结构设计第98-102页
        5.1.1 弹簧的选择及计算第98-100页
        5.1.2 仿形弹簧的有限元分析第100-101页
        5.1.3 结构改进后的工况第101-102页
    5.2 仿形轮的结构改进第102-104页
        5.2.1 仿形轮的改进方案第102-103页
        5.2.2 仿形轮的改进设计第103-104页
    5.3 仿形拉杆的结构改进第104-107页
        5.3.1 仿形轮的改进方案第104-105页
        5.3.2 仿形拉杆的改进设计第105-107页
    5.4 结构改进后的整机单体第107页
    5.5 改进后耕深稳定性的测定第107-109页
第六章 中耕深松机效益分析第109-116页
    6.1 经济效益分析第109-114页
        6.1.1 机械化深松作业成本第109-111页
        6.1.2 经济效益的回归预测第111-114页
    6.2 社会效益分析第114-115页
    6.3 综合效益分析结论第115-116页
第七章 结论与建议第116-118页
    7.1 结论第116-117页
    7.2 建议第117-118页
参考文献第118-123页
附录第123-127页
致谢第127-128页
攻读学位论文期间发表文章第128页
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