《多功能斜角切削螺旋斜置铣削复合行为高秆作物中耕培土机》

玉米、烟草等高秆作物在生长期间,需要高地隙中耕机械来实现除草、培土、施肥等多项田间管理功能。中国通用的中耕机基本上都是土壤在旋耕刀和螺旋叶片共同作用下被疏松,同时螺旋叶片在自身转动和手扶拖拉机牵引的共同作用下,将疏松的土壤推向螺旋叶片外侧,并最终利用惯性将土壤抛到植株基部,从而完成对作物的培土。现有的培土方式存在以下问题:一是培土高度不易控制,难以实现高垄培土;二是培土抛洒流向不好控制,对作物叶片有损伤;三是单垄培土,且垄形适应性差,培土效率低,难以满足大田作业。自2010年以来,项目组围绕该问题进行攻关研究,取得如下创新:

1、首次提出基于斜角切削和螺旋斜置铣削复合行为的高秆作物中耕培土方法,通过送分土犁刀斜角装置对土壤的一次切削和螺旋培土刀斜置转动对土壤的二次铣削,结合中耕培土的农艺要求,对两种切削方式进行了分析,切削结构进行了设计与优化,有机合成为复合切削。通过复合切削提高了培土作业的碎土率,同时采用螺旋输送的原理,将垄沟土壤与垄侧部分土壤沿螺旋培土刀向上输送,可以达到较高的高度,实现高垄培土。并对送分土犁刀和培土刀等触土部件进行了材料设计,提高了刀具的耐磨性和抗粘土性。

2、发明构建了多层次流向控制系统,通过送分土犁刀的特定空间曲面实现对培土量及土壤流向的首次控制;螺旋培土刀合理动作实现对土壤流向的第二次控制;外加导向罩装置实现土壤流向的第三次控制。对控制结构进行优化设计,有效的控制土壤的抛洒方向,准确将土壤输送到作物根部,减少对作物的损伤,揭示土壤流向控制规律,解决抛洒流向不易控制的问题,降低培土作业作物损伤,改善作物根部土壤物理性状。

3、创新提出农机装备整机采用模块化设计的理念,对中耕培土机械进行模块化设计,利于工厂生产装配,解决了农业装备研发周期长、不利于推广应用的难题。培土模块和垄距调整模块使垄距垄形调整方便,垄形稳定;仿生整形模块,能够对高垄培土后及时整形,将垄侧面土壤压实;液压模块采用串并联模型,液压系统具有自我调节能力,调整方便,不受拖拉机液压系统的影响,可以使动力装置实现空间任意位置的安装。

该机双垄模块大田作业时,工作时速2.5-3.0km/h,作业效率为9-10.80亩/h,与现有的单垄培土机械相比,培土效率提高了5倍左右,能实现除草、培土等多项田间管理功能,培土效果好,工作效率高,深受用户好评。该项目已获得授权发明专利6项,授权实用新型12项,相关论文26篇,专著1篇。该项目部件对土壤的作用由滑动摩擦优化为滚动摩擦,同时大大降低了能耗,很好的实现了对环境的保护,产品推广到农机合作社,为农机生产厂家和农机合作社带来了良好的经济效益,总经济效益达9930万;项目产品参加相关学科竞赛,获得国家级特等奖1项,一等奖3项,该项目获得2019年度河南省教育厅科技成果一等奖,社会效益明显。

成果说明

本课题研究的多功能中耕培土机,培土高度较高,适用于玉米、烟草等高秆作物的除草、培土、施肥等多项田间管理功能,培土垄距、培土高度和培土角度可以调整,适用于不同的地况;培土机构采用单独的液压驱动,可以控制培土装置转速,操作方便;培土时装备的护叶装置可以减少对作物的机械损伤。功能多,效率高,综合性能优异,具有广阔的应用前景。机器生产已达3年以上,经郑州益昌电力机械有限公司、郑州明发工贸有限公司生产并推广应用到襄城县俊红种植专业合作社、襄城县松峰种植专业合作社等多个农机合作社,取得了良好的经济社会效益。

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