摘要
玉米是我国第一大粮食作物，对保障我国粮食安全有重要战略地位。吉林省作为玉米种植大省，随着保护性耕作技术的推广，吉林省玉米免耕播种机的保有量逐年增加。仿形限深轮作为玉米免耕播种机的重要部件之一，主要作用是与开沟器共同作用构建深度、结构一定的种沟。传统仿形限深轮的内部多为实心或对称空心结构，回弹性能不佳，因此作业时易黏附土壤，造成开沟深度均匀性下降；此外，传统仿形限深轮的外廓平整，易压实种沟沟壁，不利于种子根系生长。针对传统仿形限深轮在作业时土壤黏附量大、开沟深度一致性差、种沟构建不佳等问题，本文对仿形限深轮内部结构及外部轮廓进行改进和优化，进而设计出一款脱附减粘性能和种沟构建性能良好的异形空腔式仿形限深轮。主要研究内容如下： （1）根据传统仿形限深轮（实心式仿形限深轮、对称空腔式仿形限深轮）存在的不足，设计了新型的异型空腔式仿形限深轮。基于仿形限深轮的理论分析，确定了仿形限深轮的安装位置以及宽度、直径和材料参数。针对现有仿形限深轮存在的缺点对仿形限深轮的结构外廓和内部空腔进行改善，利用三维软件CATIA对新型异形空腔式仿形限深轮进行三维建模。 （2）利用ANSYS软件对仿形限深轮进行仿真对比分析，分析不同外部轮廓和内部结构的仿形限深轮的形变量和应力分布情况。与传统仿形限深轮作对比分析，在相同压力下新型仿形限深轮的异型空腔结构能在形变变化较小的同时，弱化应力集中问题，降低应力集中现象，不会造成过度压实的情况。确定设计异形空腔式仿形限深轮的优势，该结构不仅提高播种深度稳定性，还有利于根系的生长发育。 （3）在进行理论分析和有限元分析的基础上，为了探究异形空腔式仿形限深轮在不同土壤含水率和对地下压力下的土壤黏附量、种沟沟型及沟壁土壤坚实度情况，进行土槽试验得到结果：与传统仿形限深轮相比，本研究设计的新型异形空腔式仿形限深轮开出种沟的结构更加稳定，种沟形状更有利于后续的覆土作业：土壤黏附量较少，能够达到比较理想的脱附减粘效果。 （4）为测试异形空腔式仿形限深轮实际作业效果并确定播种机最优作业参数组合进行了田间试验。试验选取作业速度、对地下压力、播种深度为试验因素，根据Design-Expert 8.0软件中的响应面优化法（Box-Behnken Design，BBD）设计三因素三水平试验，并以土壤黏附量及播种机的播种深度变异系数为试验指标。试验结果表明：影响仿形限深轮土壤黏附量多少的主次顺序为对地下压力、作业速度、播种深度；影响播深变异系数大小的主次顺序为对作业速度、播种深度、地下压力；根据试验结果预测在播种机对地下压力为844N，播种机作业速度为8km/h，播种深度为65mm时，播种机作业效果最佳，异形空腔式仿形限深轮土壤黏附质量为118.56g，播深变异系数为5.01%；验证试验的结果与预测结果的相对误差为4.3%，14.8%，表明预测试验结果可信。
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