【摘 要】
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保护性耕作是作物收获后对于作物秸秆进行直接还田的耕作方式,包括玉米、小麦、水稻等常见粮食作物,本文在农作物秸秆还田保护性耕作的基础上引入“绿肥-玉米”同时还田这一方案,并把绿肥作为还田的主要前茬作物,针对绿肥在田间生长的情况对破茬开沟部件进行优化设计,设计一种滑切式缺口圆盘刀,田间试验前对其进行可行性仿真试验,同时考虑到土地层内的杂质对圆盘刀的磨损情况,对其进行激光熔覆处理的耐磨性能提升,最后完成
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保护性耕作是作物收获后对于作物秸秆进行直接还田的耕作方式,包括玉米、小麦、水稻等常见粮食作物,本文在农作物秸秆还田保护性耕作的基础上引入“绿肥-玉米”同时还田这一方案,并把绿肥作为还田的主要前茬作物,针对绿肥在田间生长的情况对破茬开沟部件进行优化设计,设计一种滑切式缺口圆盘刀,田间试验前对其进行可行性仿真试验,同时考虑到土地层内的杂质对圆盘刀的磨损情况,对其进行激光熔覆处理的耐磨性能提升,最后完成田间试验并确定最优工作参数。所得出的研究结果内容如下:（1）在昆明理工大学保护性耕作试验田内,选择绿肥—紫云英（青弋江1号）进行种植,生长周期约为120d,经过测量植株平均株高120mm,茎秆平均含水率为79.70%,密度为0.60g/cm~3;进行拉伸试验得出所采集植株茎秆所能承受拉力值最大为20.32N,最小为13.63N,最大抗拉强度为0.451MPa,最小抗拉强度为0.187MPa,剪切试验中所选取植株承受最大剪切力为26.94N,最小为9.72N,最大抗剪切强度为0.277MPa,最小抗剪切强度为0.112MPa,平均抗剪切强度为0.182MPa,计算所得平均弹性模量为20.79MPa。（2）所设计对数螺线型缺口圆盘刀,对其进行运动学和动力学分析,确定圆盘刀刃口处缺口最大直径为400mm,最小直径为380mm,对数螺旋线型缺口数量为8,刀刃刃口角度30°,选用65Mn材料完成加工。（3）对圆盘刀模型进行了6阶模态分析,可得最低的一阶频率为93.937HZ,计算出此时临界转速为5636.22r/min,设定圆盘刀旋转速度300r/min,前进速度0.7～1.2m/s,入土深度100mm,前进速度0.7～1.2m/s时,完成圆盘刀切割过程中茎秆所受应力最大为7.69Mpa左右,圆盘刀切削土壤复合模型时所受最大应力为18.97MPa左右,前进速度越快则应力越小,圆盘刀在入土100mm时有效开沟范围约为94～95mm;综合分析仿真中最优参数为前进速度1.0m/s,旋转速度320r/min,入土深度90mm。（4）通过对激光熔覆65Mn表面涂层的温度场仿真模拟以及样本扫描分析,显微观察后发现树枝晶的胞状晶粒分布紧密且越靠近表面晶体越小;熔覆层的硬度明显大于材料基体的硬度,最大硬度可达594.5HV,高于基体平均值287HV;对小样普通面与其熔覆面分别进行磨损试验,经过处理后表面相对耐磨性为1.89。（5）对对数螺旋线型圆盘刀进行田间试验研究,秸秆覆盖率75.6%情况下,以切茬率为试验指标,圆盘刀转速,入土深度,机器前进速度进行三因素三水平二次正交旋转回归试验,其中发现圆盘刀转速对切茬率结果影响显著,圆盘刀转速越快切茬率越高,机器前进速度与切茬率呈反比,圆盘刀入土深度对试验结果影响不显著,使用design-expert12.0软件对试验各参数进行优化求解最终确定圆盘刀工作参数为转速320r/min,入土深度90mm,前进速度0.7m/s。
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