玉米秸秆还田机械的设计

第５２卷㊀第２期２０２４年２月㊀㊀林业机械与木工设备ＦＯＲＥＳＴＲＹＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶｏｌ５２Ｎｏ.２Ｆｅｂ.２０２４研究与设计玉米秸秆切碎还田机参数仿真优化与试验宋金库ꎬ㊀李㊀辉∗ꎬ㊀张㊀华ꎬ㊀刘小龙ꎬ㊀孙㊀伟ꎬ㊀陈扬洲ꎬ㊀王㊀帅ꎬ㊀袁永威(甘肃农业大学大学机电工程学院ꎬ甘肃兰州７３００７０)摘㊀要:针对现有的玉米秸秆切碎还田机秸秆粉碎长度过长ꎬ在后续免耕播种中导致播种开沟器易堵塞的问题ꎮ采用正交试验设计方法ꎬ结合多体动力学软件ＲｅｃｕｒＤｙｎ和田间试验ꎬ以秸秆粉碎长度为试验指标ꎬ机具的行驶速度㊁偏心圆盘的转速㊁切碎刀杆的长度为试验因素ꎬ选用Ｌ２７(３１３)正交表ꎬ通过虚拟仿真试验方法ꎬ仿真得出每种方案的试验结果ꎮ对试验结果通过极差分析和方差分析ꎬ得出秸秆切碎还田机最优参数组合:圆盘转速７００ｒ/ｍｉｎ㊁机具行驶速度３ｋｍ/ｈ㊁刀杆长度为２００ｍｍꎮ田间重复试验表明ꎬ最优参数组合条件下秸秆粉碎长度达到４９.２ｍｍꎬ比虚拟仿真试验得出的秸秆粉碎长度(４７.７ｍｍ)长１.５ｍｍꎬ田间试验结果与仿真试验结果吻合度高ꎬ可以为同类型的玉米秸秆切碎还田机的设计提供参考ꎮ关键词:秸秆还田机ꎻ切碎长度ꎻＲｅｃｕｒＤｙｎ仿真ꎻ正交试验ꎻ轨迹中图分类号:Ｓ２２４.３㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:２０９５－２９５３(２０２４)０２－００３７－０６ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｍａｉｚｅｓｔｒａｗｃｈｏｐｐｉｎｇａｎｄｒｅｔｕｒｎｉｎｇｍａｃｈｉｎｅＳＯＮＧＪｉｎ￣ｋｕꎬＬＩＨｕｉ∗ꎬＺＨＡＮＧＨｕａꎬＬＩＵＸｉａｏ￣ｌｏｎｇꎬＳＵＮＷｅｉꎬＣＨＥＮＹａｎｇ￣ｚｈｏｕꎬＷＡＮＧＳｈｕａｉꎬＹＵＡＮＹｏｎｇ￣ｗｅｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＬａｎｚｈｏｕＧａｎｓｕ７３００７０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｘｃｅｓｓｉｖｅｓｔｒａｗｃｒｕｓｈｉｎｇｌｅｎｇｔｈｉｎｅｘｉｓｔｉｎｇｍａｉｚｅｓｔｒａｗｃｈｏｐｐｉｎｇａｎｄｒｅｔｕｒ￣ｎｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓꎬａｎｄｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｃｌｏｇｇｉｎｇｏｆｔｈｅｆｕｒｒｏｗｏｐｅｎｅｒｉｎｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｎｏ－ｔｉｌｌａｇｅｓｅｅｄｉｎｇｏｐｅｒａｔｉｏｎ.ＵｓｉｎｇｔｈｅｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄꎬｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｍｕｌｔｉｂｏｄｙｄｙｎａｍｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅＲｅｃｕｒＤｙｎａｎｄｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉ￣ｍｅｎｔｓꎬｔｈｅｓｔｒａｗｃｒｕｓｈｉｎｇｌｅｎｇｔｈｗａｓｕｓｅｄａｓｔｈｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓꎬａｎｄｔｈｅｍｏｖｉｎｇｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔꎬｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｗｈｅｅｌꎬａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｒｏｄｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ.ＴｈｅＬ２７(３１３)ｏｒ￣ｔｈｏｇｏｎａｌｔａｂｌｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅａｃｈｓｃｈｅｍｅｔｈｒｏｕｇｈｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｒｏｕｇｈｒａｎｇｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｖａｒｉａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓꎬｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｗａｓｄｅ￣ｔｅｒｍｉｎｅｄｔｏｂｅａｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｏｆｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｗｈｅｅｌｏｆ７００ｒ ｍｉｎ－１ꎬａｉｍｐｌｅｍｅｎｔｍｏｖｅｍｅｎｔｓｐｅｅｄｏｆ３ｋｍ ｈ－１ꎬａｎｄａｃｕｔｔｅｒｒｏｄｌｅｎｇｔｈｏｆ２００ｍｍ.Ｆｉｅｌｄｒｅｐｅａｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｕｎｄｅｒｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｓｔｒａｗｃｒｕｓｈｉｎｇｌｅｎｇｔｈｒｅａｃｈｅｄ４９.２ｍｍꎬｗｈｉｃｈｉｓ１.５ｍｍｌｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈｅｓｔｒａｗｃｒｕｓｈｉｎｇｌｅｎｇｔｈｏｆ４７.７ｍｍｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｅｌｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅｈｉｇｈｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔꎬａｎｄｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｔｙｐｅｓｏｆｍａｉｚｅｓｔｒａｗｃｈｏｐｐｉｎｇａｎｄｒｅｔｕｒｎｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｍａｃｈｉｎｅꎻｃｈｏｐｐｉｎｇｌｅｎｇｔｈꎻＲｅｃｕｒＤｙｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔꎻｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ㊀㊀收稿日期:２０２３－１１－２２第一作者简介:宋金库ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为机械化保护性耕作技术及机具ꎬＥ－ｍａｉｌ:１９２００９９５８７＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ∗通讯作者:李辉ꎬ副教授ꎬ博士ꎬ主要从事马铃薯栽培技术及收获机具研究ꎬＥ－ｍａｉｌ:１１２５５１８６６＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ林业机械与木工设备第５２卷玉米秸秆年产量高ꎬ仅次于我国水稻秸秆的产量[１－２]ꎬ玉米秸秆是农业收获过程中产生的副产品ꎬ是农业生产活动中的宝贵资源[３]ꎬ玉米秸秆还田后可代替地膜保持土壤水分和养分[４－５]ꎬ改善土壤微生物群落功能ꎬ促进西北半干旱区马铃薯㊁冬小麦的生长以及水稻产量㊁品质的提高[６－９]ꎬ促进农业可持续发展ꎮ国内相关学者对秸秆还田机做了大量研究ꎬ现有秸秆还田机研究主要集中在切刀的结构㊁关键切割装置的结构㊁秸秆切割原理等方面[１０]ꎬ如ＺｈａｏＪ等[１１]以具有高效切割能力的东北蝗虫为研究对象对切刀结构进行创新设计ꎬ与传统的秸秆还田机相比可以降低切割功耗与提高玉米秸秆粉碎长度合格率ꎮ张茜等[１２]采用离散元方法研究了切刀的结构参数对番茄秸秆切削效率㊁切割性能等的影响ꎮ研究表明等滑切角锯齿型刀片在切割过程中切割能耗最低ꎬ切割效率最高ꎮ郑智旗等[１３]基于有支撑切割和滑切原理ꎬ利用滑切角式粉碎定刀和高速旋转的粉碎动刀设计了一种动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置ꎬ可降低功耗并提高秸秆粉碎长度合格率ꎮ刘伟光等[１４]将粉碎锤爪㊁Ｙ形粉碎刀结合起来ꎬ通过双排定刀与秸秆粉碎刀辊的配合改变支撑切割面积ꎬ进而设计了一种秸秆精细粉碎双排定刀还田机ꎮ王庆杰等[１５]针对甩刀式和垂爪式秸秆还田机粉碎长度随机性较大的问题ꎬ基于四杆机构原理对关键切杆装置进行设计ꎬ设计的机具与甩刀式秸秆还田机相比ꎬ秸秆粉碎长度不合格率降低了５％ꎬ为北方一年两熟区玉米秸秆还田提供了一种新型装备ꎮ利用多体动力学进行机构运动轨迹分析已经很成熟ꎬ如王红松等[１６]对捡拾装置的甩刀进行分析ꎬ甩刀的绝对运动是刀辊旋转和机具前进两种运动的合成ꎬ利用ＡＤＡＭＳ分析了甩刀轨迹ꎬ确定了刀辊的最佳捡拾转速ꎮ国内相关学者也对刀辊旋转和机具前进运动合成的绝对运动进行了仿真分析ꎮ在西北半干旱地区免耕播种过程中ꎬ研究发现播种开沟器易堵塞ꎬ其原因是秸秆粉碎长度过长ꎮ所以采用正交试验设计方法ꎬ结合多体动力学软件ＲｅｃｕｒＤｙｎ和田间试验对玉米秸秆切碎还田机进行改进ꎬ以期为同类型的玉米秸秆切碎还田机的设计提供参考ꎮ１㊀总体结构与工作原理１.１㊀整机结构及工作原理玉米秸秆切碎还田机结构如图１所示ꎬ主要由压辊㊁动力传动系统㊁偏心圆盘㊁切杆㊁切刀㊁摇杆和机架组成ꎬ与拖拉机之间采用三点悬挂连接ꎮ拖拉机后置输出轴将动力经万向节㊁变速器传给切杆装置ꎮ机具作业时ꎬ压辊位于机具的最前端ꎬ将直立的玉米秸秆按机具的前进方向压倒㊁铺放ꎬ此时地面作为秸秆的支撑面ꎬ连杆(由切刀与切杆构成)在偏心圆盘的带动下做往复运动ꎬ将地面上以及埋在土壤中的玉米秸秆切碎成段ꎬ减少后续作业过程中产生的机具堵塞现象ꎮ图１㊀玉米秸秆切碎还田机结构示意图１.动力传动系统ꎻ２.偏心圆盘ꎻ３.切杆ꎻ４.压辊ꎻ５.切刀ꎻ６.摇杆ꎻ７.机架１.２㊀机具技术参数机具的技术参数如表１所示ꎮ表１㊀机具主要技术参数名称数值整机尺寸/ｍｍ１３７０ˑ７１０ˑ６８０整机质量/ｋｇ６１０配套动力/ｋＷ３３工作幅宽/ｍｍ１７００纯生产率/ｈｍ２ (ｍ ｈ)－１０.４２㊀关键零部件构成及仿真２.１㊀切碎刀杆装置构成切碎刀杆装置如图２所示ꎬ为曲柄摇杆机构包括偏心圆盘㊁切杆㊁切刀㊁摇杆和机架ꎬ为保证机具运行中的平衡ꎬ两偏心圆盘成１８０ʎ角安装ꎮ８３第２期宋金库ꎬ等:玉米秸秆切碎还田机参数仿真优化与试验图２㊀切碎刀杆装置三维结构１.偏心圆盘ꎻ２.切杆ꎻ３.摇杆ꎻ４.机架２.２㊀多体动力学仿真模型的建立如图３所示ꎬ将ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中的模型另存为Ｐａ￣ｒａｓｏｌｉｄ(∗.ｘ＿ｔ)格式ꎬ将其导入到ＲｅｃｕｒＤｙｎ中ꎬ在ＲｅｃｕｒＤｙｎ中添加相应的移动副㊁旋转副和直线运动㊁圆周运动ꎮ通过整机与地面之间的移动副运动表达式控制机器的前进速度ꎬ通过圆盘与机架的旋转副运动表达式控制圆盘的角速度[１７－１８]ꎮ图３㊀ＲｅｃｕｒＤｙｎ仿真结果２.３㊀运动轨迹生成及分析仿真模型建立后ꎬ利用ＲｅｃｕｒＤｙｎ中对切刀端点路径的追踪(Ｔｒａｃｅ)得到其轨迹ꎮ以圆盘转速７００ｒ/ｍｉｎ㊁机具行驶速度３ｋｍ/ｈ㊁刀杆长度２００ｍｍ为例得到机具运行的轨迹数据ꎬ如表２所示ꎮ如图４所示ꎬＺ为切刀端点向前行进的坐标ꎬＹ为切刀上下行程的坐标ꎮ通过输出的坐标发现(ＹꎬＺ)点呈周期性变化ꎬ切刀端点坐标(Ｍａｒｋｅｒ)是相对于原点的ꎬ当Ｙ为７８.４ｍｍ(Ｔ＝０.３２ｓ)㊁７９.６ｍｍ(Ｔ＝０.４９ｓ)时ꎬ切刀端点正好与地面接触ꎬ在一个周期内切刀切断秸秆３次ꎬ机具前进了(Ｚ２－Ｚ１)ｍｍꎬ由上可得秸秆粉碎长度ꎮәＺ＝Ｚ２－Ｚ１ｎ＝４９２.９－３４９.８３＝４７.７ｍｍ(１)表２㊀某个周期内的(ＹꎬＺ)坐标时刻Ｔ/ｓＺ向坐标/ｍｍＹ向坐标/ｍｍ０.３２３４９.８４１４５７８.３６６２８４０.３３３３７.１２７１４３８.５２４３６２０.３４３１２.０１８１９２１.４９６４５０.３５３０２.９６１５７６７.６７８６１３０.３６３０２.９４３６１１０１.０１１４３０.３７３１１.１３２８１５６.３４２４３０.３８３５６.１２４２９１７８.３１６９６０.３９３７６.６０６０５１７４.１７１４５０.４０４２３.０５２７１１１０.２６９０９０.４１４１７.３６６５６１.２６９７０６０.４２３８９.６８７６８１８.６４８０４１０.４３３８０.４９４４２６.３４４４７０.４４３７４.８６９８８１１２.３７４４４０.４５３８５.４３４０７１６２.２０２０３０.４６３９７.４９１９２１７４.０２４０２０.４７４２１.６８１１３１７８.６６４４３０.４８４７５.７０８９２１５７.９２２８９０.４９４９２.８５７８４７９.５５８５４１图４㊀切刀端点轨迹图３㊀试验设计为了进一步优化和考察机具关键参数的合理性ꎬ拟通过多体动力学仿真优化试验和田间验证试验优化机具参数ꎬ具体试验设计如下ꎮ３.１㊀试验因素㊁水平及指标选用圆盘的转速㊁刀杆的长度以及拖拉机的行驶速度作为试验因素ꎬ取机具正常作业速度３~５ｋｍ/ｈꎬ其他试验因素及水平如表３所示ꎬ改变旋转副㊁移动９３林业机械与木工设备第５２卷副的运动关系式可以控制圆盘的转速㊁拖拉机的速度ꎬ至于刀杆的长度需要在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中改变ꎬ将另存为Ｐａｒａｓｏｌｉｄ(∗.ｘ＿ｔ)格式的模型再次导入到Ｒｅ￣ｃｕｒＤｙｎ中ꎬ再添加运动副以及运动ꎮ试验指标为秸秆粉碎长度әＺꎬ在给定的范围内ꎬ粉碎长度越短ꎬ后续播种开沟器的堵塞问题就越少ꎮ以小麦的农艺要求为例ꎬ宽窄行种植中窄行为１０~１４ｃｍ[１９－２０]ꎬ秸秆粉碎后的长度不超过窄行行距的一半ꎬ所以将玉米秸秆粉碎后长度定为５０ｍｍ最适宜ꎮ在设计该正交实验表时需考虑交互作用ꎬ某因素或某交互作用的影响是否真的存在ꎬ可以到方差分析进行显著性检验时再做结论[２１]ꎮ表３㊀试验因素及水平水平因素Ａꎻ圆盘转速/ｒ ｍｉｎ－１Ｂꎻ拖拉机行驶速度/ｋｍ ｈ－１Ｃꎻ切杆长度/ｍｍ１７００５２７０２６００３２００３８００４１４０㊀㊀选用Ｌ２７(３１３)的正交表来进行虚拟仿真试验ꎬ试验结果如表４所示ꎮ表４㊀试验结果试验号因素试验结果１Ａ２Ｂ３(ＡˑＢ)１４(ＡˑＢ)２５Ｃ６(ＡˑＣ)１７(ＡˑＣ)２８(ＢˑＣ)１１１(ＢˑＣ)２秸秆粉碎长度/ｍｍ１１１１１１１１１１８９.３２１１１１２２２２２７９.４３１１１１３３３３３８６.５４１２２２１１１２３５３.６５１２２２２２２３１４７.７６１２２２３３３１２５５.８７１３３３１１１３２６８.５８１３３３２２２１３６３.５９１３３３３３３２１８２.２１０２１２３１２３１１１４０.５１１２１２３２３１２２９３.３１２２１２３３１２３３９４.６１３２２３１１２３２３６２.４１４２２３１２３１３１５５.４１５２２３１３１２１２５５.６１６２３１２１２３３２８３.３１７２３１２２３１１３７０１８２３１２３１２２１５８.６１９３１３２１３２１１９３.７２０３１３２２１３２２１１０２１３１３２３２１３３８６.８２２３２１３１３２２３５５.５２３３２１３２１３３１４９.９２４３２１３３２１１２５２２５３３２１１３２３２７４２６３３２１２１３１３６６.６２７３３２１３２１２１６９.４Ｋ１－６９.６１９７.１２６９.３９７０.９６８０.０９７１.８６７０.９２７６.３３７６.３０Ｋ２－７９.３０５４.２１７７.２８７３.２８７０.６４７６.１１６９.１８７３.８２７４.６６Ｋ３－７３.１０７０.６８７５.３４７７.７８７１.２８７４.０４８１.９１７１.８６７１.０６Ｒ９.６９４２.９１７.８９６.８２９.４５４.２６１２.７３４.４８５.２４０４第２期宋金库ꎬ等:玉米秸秆切碎还田机参数仿真优化与试验３.２㊀试验数据分析根据极差分析和均值分析ꎬ在给定的范围内ꎬ由于秸秆粉碎长度越短越好ꎬ影响秸秆粉碎长度的优水平和因素主次顺序依次为Ｂ２㊁[(ＡˑＣ)２]２㊁Ａ１㊁Ｃ２㊁[(ＡˑＢ)１]１㊁[(ＡˑＢ)２]１㊁[(ＢˑＣ)２]３㊁[(ＢˑＣ)１]３㊁[(ＡˑＣ)１]１ꎮ为了核实直观分析法的准确性ꎬ接下来对试验结果进行方差分析ꎮ从表５的结果可以得出因素Ｂ和交互作用(ＡˑＣ)２对试验指标的影响显著ꎮ为了确定因素Ａ与Ｃ的优水平ꎬ做Ａ与Ｃ的交互作用表如表６所示ꎬ因为在给定的范围内试验指标越小越好ꎬＡ１Ｃ２即为试验结果的最优值ꎮ综上所述ꎬ最优仿真试验选取Ａ１Ｂ２Ｃ２ꎬ与第５号仿真试验中得到的最小秸秆粉碎长度(４７.７ｍｍ)对应的因素组合一致ꎬ即圆盘转速７００ｒ/ｍｉｎ㊁刀杆长度２００ｍｍ㊁拖拉机行进速度３ｋｍ/ｈꎮ表５㊀试验数据的方差分析表方差来源偏差平方和自由度Ｆ比Ｆ临界值显著性Ａ４３３.４６２２.４０４.４６Ｂ８４３５.４７２４６.６０４.４６∗(ＡˑＢ)１３０４.３２２１.６８４.４６(ＡˑＢ)２２１６.５６２１.２０４.４６Ｃ５０１.７０２２.７７４.４６(ＡˑＣ)１８１.５２２０.４５４.４６(ＡˑＣ)２８５７.８１２４.７４４.４６∗(ＢˑＣ)１９０.６７２０.５０４.４６(ＢˑＣ)２１２９.５１２０.７２４.４６误差７２４.０５８表６㊀Ａ和Ｂ对碎秸长度的交互效应因素Ｃ因素Ａ水平１水平２水平３水平１７０.４７９５.４０７４.４０水平２６３.５３７２.９０７５.５０水平３７４.８３６９.６０６９.４０４㊀田间试验与分析为测定所优化机具的田间作业性能ꎬ２０２３年５月在甘肃农业大学通渭县旱作循环农业试验基地进行田间试验ꎬ该地区作物一年一熟ꎬ为典型的半干旱雨养农业区ꎬ试验地土壤类型为黄绵土ꎬ０~２０ｃｍ深度内土壤含水率为１３.８％ꎮ玉米品种为先玉３３５ꎬ玉米秸秆由基部向上数第二节平均直径为２６.２ｍｍ[２２]ꎬ平均含水率为５.８％ꎬ风干玉米整秆覆盖量为９０００ｋｇ/ｈｍ２[２３]ꎮ为了验证该工作参数的科学性与合理性ꎬ选取与最优试验结果相近的试验号ꎬ以表４的试验数据结果为依据选择试验５㊁２３㊁２４各做３次重复试验ꎬ试验结果如表７所示ꎮ秸秆粉碎长度的测试参照国家标准ＧＢ/Ｔ２４６７５.６－２０２１«保护性耕作机械秸秆粉碎还田机»中的方法与规范ꎮ每组验证试验做３次ꎬ每次随机选取一个点ꎬ每点测定１ｍˑ１ｍ面积内的秸秆粉碎长度ꎮ捡拾９个点的秸秆ꎬ每个点随机挑出５个粉碎秸秆进行长度测量并取其平均值ꎬ每组测试有３个点ꎬ对３个点的秸秆粉碎长度再取平均值ꎬ测试过程如图５ꎮ由表７的试验可知ꎬ秸秆粉碎长度最短的参数组合:圆盘转速７００ｒ/ｍｉｎ㊁机具行驶速度３ｋｍ/ｈ㊁刀杆长度为２００ｍｍꎬ与正交试验分析一致ꎮ以此组合进行试验ꎬ秸秆粉碎长度为４９.２ｍｍꎮ表７㊀验证试验数据表Ａ圆盘转速/ｒ ｍｉｎ－１Ｂ拖拉机行驶速度/ｋｍ ｈ－１Ｃ切杆长度/ｍｍ秸秆粉碎长度/ｍｍ７００３２００４９.２８００３２００５１.５８００３１４０５２.３图５㊀田间试验５㊀结论利用ＲｅｃｕｒＤｙｎ仿真得出切碎刀杆装置的轨迹图ꎬ通过轨迹图可以计算出秸秆粉碎长度ꎮ然后以１４林业机械与木工设备第５２卷秸秆粉碎长度为试验指标ꎬ机具的行驶速度㊁偏心圆盘的转速㊁切碎刀杆的长度为试验因素设计正交试验得出每种参数组合的秸秆粉碎长度ꎮ因为在一定的范围内秸秆粉碎长度越短越好ꎬ根据对试验结果的分析得出影响秸秆粉碎长度的优水平和因素主次顺序依次为Ｂ２㊁[(ＡˑＣ)２]２㊁Ａ１㊁Ｃ２㊁[(ＡˑＢ)１]１㊁[(ＡˑＢ)２]１㊁[(ＢˑＣ)２]３㊁[(ＢˑＣ)１]３㊁[(ＡˑＣ)１]１ꎬ方差分析得出因素Ｂ和交互作用(ＡˑＣ)２对试验指标的影响显著ꎬＡ与Ｃ的交互作用表得出Ａ１Ｃ２即为试验结果的最优值ꎮ所以秸秆切碎还田机最优参数组合:圆盘转速７００ｒ/ｍｉｎ㊁机具行驶速度３ｋｍ/ｈ㊁刀杆长度为２００ｍｍꎬ此时的秸秆粉碎长度为４７.７ｍｍꎮ田间试验表明秸秆粉碎长度最短为４９.２ｍｍꎬ与虚拟仿真试验４７.７ｍｍ吻合度高ꎬ此时机具作业参数仍为Ａ１Ｂ２Ｃ２ꎮ该机具研究可以为同类型的秸秆还田机的设计提供参考ꎮ参考文献:[１]㊀毕于运ꎬ王亚静ꎬ高春雨.中国主要秸秆资源数量及区域分布[Ｊ].农机化研究ꎬ２０１０ꎬ３２(３):１－７.[２]㊀胡志超.全秸硬茬地高质顺畅机播关键技术研究[Ｍ].北京:中国农业科学技术出版社ꎬ２０１９.[３]㊀谢光辉ꎬ王晓玉ꎬ任兰天.中国作物秸秆资源评估研究现状[Ｊ].生物工程学报ꎬ２０１０ꎬ２６(７):８５５－８６３.[４]㊀ＲｕｉＬꎬＳｈｏｕｘｉＣꎬＹｕｗｅｉＣꎬｅｔａｌ.Ｍｕｌｃｈｉｎｇｏｐｔｉｍｉｚｅｓｗａｔｅｒｃｏｎｓｕｍｐ￣ｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｃｒｏｐｗａｔｅｒｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｎｔｈｅｓｅｍｉ－ａｒｉｄＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕｏｆＣｈｉｎａ[Ｊ].ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＷａｔｅｒＭａｎａｇｅｍｅｎｔꎬ２０２１ꎬ２５４.[５]㊀ＹａｗｅｉＬꎬＳｈｏｕｘｉＣꎬＹｕｗｅｉＣꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｕｌｃｈｉｎｇｏｎｓｏｉｌｔｅｍ￣ｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｙｉｅｌｄｏｆｗｉｎｔｅｒｗｈｅａｔｉｎｔｈｅｓｅｍｉａｒｉｄｒａｉｎｆｅｄａｒｅａ[Ｊ].ＦｉｅｌｄＣｒｏｐｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０２１ꎬ２７１.[６]㊀张乃文ꎬ韩晓增ꎬ朴勇杰ꎬ等.深翻和秸秆还田对土壤微生物群落功能多样性的影响[Ｊ].干旱地区农业研究ꎬ２０２２ꎬ４０(３):１７８－１８５.[７]㊀李辉ꎬ常磊ꎬ韩凡香ꎬ等.旧膜及秸秆覆盖对西北旱地马铃薯产量及土壤水热的影响[Ｊ].干旱地区农业研究ꎬ２０１９ꎬ３７(４):２００－２０７.[８]㊀叶元生ꎬ黄彩霞ꎬ柴守玺ꎬ等.秸秆带状覆盖对旱地冬小麦农田土壤特性及产量的影响[Ｊ].干旱地区农业研究ꎬ２０２１ꎬ３９(６):１４６－１５２.[９]㊀刘丽华ꎬ秦猛ꎬ翟玲霞ꎬ等.秸秆还田形态和还田量对水稻氮素积累与转运及产量品质的影响[Ｊ].干旱地区农业研究ꎬ２０２３ꎬ４１(３):２１８－２２８.[１０]㊀吴昆ꎬ宋月鹏.农作物茎秆切割理论与方法研究进展分析[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０２２ꎬ５３(６):１－２０.[１１]㊀ＺｈａｏＪꎬＷａｎｇＸꎬＺｈｕａｎｇＪꎬｅｔａｌ.Ｃｏｕｐｌｅｄｂｉｏｎｉｃｄｅｓｉｇｎｂａｓｅｄｏｎｐｒｉｍｎｏａｍｏｕｔｈｐａｒｔｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ[Ｊ].Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅꎬ２０２１ꎬ１１(８)ꎬ７７５.[１２]㊀郭茜ꎬ张西良ꎬ徐云峰ꎬ等.基于ＥＤＥＭ的番茄秸秆切割性能仿真及试验研究[Ｊ].排灌机械工程学报ꎬ２０１８ꎬ３６(１０):１０１７－１０２２. 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图书分类号：密级：毕业设计(论文)双轴旋耕秸秆还田机设计The Design of Rotary straw biaxial学生姓名班级学号学院名称专业名称指导教师XXX学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

论文作者签名：日期：年月日XXX学位论文版权协议书本人完全了解XXX关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归XXX所拥有。

XXX有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。

XXX可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日摘要我国目前对秸秆的处理大多数采用直接还田的方式。

就当前正采用的秸秆还田机具而言，还是有一些有待改进的地方。

比如机具功率消耗大，但工作效率低以及出现一些漏耕等现象。

本课题的研究目的就是要解决这一系列问题。

本课题研究的是双轴旋耕秸秆还田机。

本机具带有一个长方形的立体机架，万向节、悬挂架和齿轮减速箱安设在该机架的前部中间处，齿轮减速箱的动力输入轴直接利用万向节与拖拉机的动力输入轴连接在一起，中间齿轮箱的动力输出轴，直接直接与该机具的前旋耕刀轴连接，后旋耕刀轴与前旋耕刀轴采用链传动连接；前、后的旋耕刀轴直接装在齿轮减速箱的下方两侧。

另外，在前、后旋耕刀轴上面，安装有旋耕刀；弹性拖板安装在整个机具的后方。

本设计发明的机具，只须进行一遍旋耕还田作业，就能够超过原有机械两遍的工作量，不会出现像单轴那样漏耕的现象。

秸秆粉碎还田机毕业设计嘿，大家好！今天咱们聊聊一个非常有趣又实用的东西，那就是秸秆粉碎还田机。

这玩意儿可真是农业界的小英雄，简直就像是农民伯伯的“绿色小助手”。

想象一下，咱们每年收完庄稼，田里留下的一堆秸秆，有点像家里过年后剩下的烟花，满地都是，虽然好看，可就是麻烦。

总不能让它们白白躺着吧？这时候，秸秆粉碎还田机就大显身手了，简直是“秸秆清理小能手”！你瞧，这机器一开动，轰轰作响，像是在给秸秆们开个派对。

它把那些长得不成样子的秸秆轰得粉碎，真是神奇。

粉碎后的秸秆在地里一躺，就成了天然肥料，帮助土壤保持水分，增加养分，听着就让人觉得舒服。

农田就像换了个新装，焕然一新，果真是“肥沃之地”啊！更有意思的是，这样一来，咱们也不必担心土壤退化的问题，简直就是给大地打了个“美容针”！不得不提的是秸秆还田的好处。

大家知道嘛，这不仅是为了提高土壤质量，更是为了保护环境。

以前啊，农民伯伯们常常把秸秆焚烧，结果不仅造成空气污染，还让农田失去了宝贵的营养。

就像咱们吃饭总要留个底，别浪费。

现在好了，有了粉碎机，这些秸秆就可以“变废为宝”，既环保又经济，真是“事半功倍”！再说，这机器操作起来也不复杂。

农民朋友们只需把它推到田里，一键启动，就能享受到这“智能化”的农业新体验。

像极了操控游戏里的飞船，轻松又带劲。

走在田间，望着一片片经过粉碎的秸秆，心里那种成就感，简直跟考试考了个高分似的！要是能拍张照，发到朋友圈，朋友们肯定会赞叹不已，哈哈。

这种粉碎机的使用，完全是“人人有责”的大事。

随着国家对生态环境的重视，农民们的环保意识也在不断提高。

大家纷纷参与到这个行动中来，真是“齐心协力”，共同为地球出一份力。

能看到大家为了环保而努力，心里那叫一个美！再加上支持，农民们的积极性高涨，纷纷购置这台机器，简直是一场农业革命。

说到这里，想必大家都对秸秆粉碎还田机有了更深的了解。

它不仅是一个简单的机械，更是现代农业发展的一个缩影。

就像“春风化雨”，把传统农业和现代科技完美结合。

题目：秸秆快速还田机整体设计及三维建模毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见摘要秸秆是农作物的副产品，是一种可以利用的重要生物资源，合理的利用作物秸秆资源对因过度使用化肥和焚烧作物秸秆所带来的环境安全问题，有着积极而重要的意义。

高效农作物秸秆粉碎机械的布局与结构优化设计随着农业发展的进步，农作物的种植也呈现出不断增多的趋势，而农作物秸秆的处理与利用成为了一个比较严峻的问题。

秸秆经过粉碎处理可以用于动物饲料、有机肥料、生物质燃料等多种用途，因此高效农作物秸秆粉碎机械的布局与结构优化设计具有重要的意义。

一、布局设计1. 整体布局高效农作物秸秆粉碎机械的整体布局应合理紧凑，方便携带和使用。

机械应设计为可移动式，便于在农田、牧场等地方使用。

同时，机械的结构也应简单明了，易于操作和维护。

2. 传动系统布局传动系统是农作物秸秆粉碎机械的核心部分，其布局应注重机械的稳定性和传递效率。

适当增加传动系统的重量，使其具备足够的稳定性，能够有效地抵抗冲击和振动。

此外，传动系统的布局还应避免农作物秸秆与其接触，以防止秸秆被缠绕导致传动故障。

3. 进料口与出料口布局进料口和出料口是农作物秸秆粉碎机械的重要部分，其布局应兼顾机械的效率和安全性。

进料口应设计合理，确保农作物秸秆能够顺利进入机械，并避免堵塞的情况发生。

出料口的布局应使粉碎后的秸秆能够顺利排出，同时注意避免对操作人员的伤害。

二、结构优化设计1. 碾轮结构设计碾轮是农作物秸秆粉碎机械最核心的部件，其结构设计对于机械的粉碎效果和使用寿命有着重要影响。

碾轮应采用坚固耐用的材料制作，同时结构设计上要合理，增加碾轮与秸秆的摩擦面积，提高粉碎效果。

此外，可以通过设计特殊的凹槽和齿轮，进一步优化碾轮的粉碎能力。

2. 刀片设计刀片是农作物秸秆粉碎机械中另一个关键部件，其设计应注重切割效果和使用寿命。

刀片的角度、密度和形状都会影响到切割效果，应根据不同种类的农作物秸秆来优化刀片设计。

同时，刀片的材料应选用高强度、耐磨损的材料，以提高使用寿命。

3. 防尘设计农作物秸秆粉碎过程中会产生大量的粉尘，对操作人员的健康产生潜在危害。

因此，在机械的结构设计中应考虑加入防尘装置，并保证其有效性。

可以通过合理的管道布置和负压系统，将产生的粉尘有效地收集和处理，减少对操作人员的危害。

摘要针对我国北方地区青贮玉米种植面积大，但收割和后续加工的机械化水平低，造成秸秆利用率低等问题，设计开发了青玉米秸秆收割切碎机械。

该机由切割机构、输送机构、切碎机构、抛送机构等组成。

该机一次完成秸秆收割、秸秆切碎、秸秆回收等作业。

该青贮机主要的研究点在收割和切碎部分。

本次设计的青贮机主要就是为了克服国产青贮机的不足，其采用被拖拉机牵引的方式，切割器采用回转的形式，切割的时候棘齿刀围绕一中心点回转运动，降低了功率消耗．棘齿刀固定在刀盘上，与刀盘一体，可以提高刀轴的转速，提高了劳动生产率．其粉碎方式采用动定刀相结合的方式，动刀采用V型，定刀采用长方形，这样可以降低作物在切割时的滑动，使切割更省力，提高了机器的工作效率．关键词：青玉米秸秆；收割；切碎AbstractIn view of China's northern region of planting area silage maize, but the harvest and subsequent processing the mechanization level of low, causing straw low utilization ratio, designing and developing the green corn straw harvest by cutting machine mechanical chopped convey mechanism chopped into institution organization send mechanism etc the machine once completed straw harvest straw cut up straw recovery work the machine of the major research point silage at harvest and cut up the design of the machine is mainly in order to overcome these domestic silage machine is insufficient, its use be tractor traction way, cutter, adopting rotary form, cutting knife around the teeth of a center of rotary motion, reduce the power consumption. The teeth fixed in the knife dish knife, the knife dish and a body, can improve the knife shaft speed, improving labor productivity. Its shattered by the fixed knife way dynamic combination.Keywords：Green corn straw; crushed straw machine; cut up1 引言青贮玉米饲料营养价值完善，适口性好，易于消化，满足肉牛、奶牛等家畜冬春季的营养需要，使肉牛、奶牛保持高水平的营养状态和生产水平，是肉牛业和奶牛业不可缺少的基础饲料之一。