摘要
油菜是我国重要油料作物，四川的油菜种植面积居全国前列，主要包括水旱轮作和旱地种植。为进一步提高油菜产能，国家提出增加南方冬闲田油菜种植面积；四川油菜种植时期长期降雨，造成土壤含水率高且粘重，影响了油菜的机械化播种。为适应四川油稻轮作模式，针对稻田土壤粘重以及高含水率的特点，开畦沟成为适应该模式下机械化种植的重要环节；畦沟的稳定性是保证畦沟排水和油菜出苗的重要因素，本研究以丘陵区稻作田粘重土壤为对象，开展土壤机械物理特性分析，构建粘重土壤的仿真模型；设计了配套油菜直播机的开畦沟装置，用EDEM仿真软件优化关键部件结构参数，并开展田间开畦沟性能试验。研究结论如下： （1）开展粘重土壤物理机械特性测试分析。研究了四川省崇州市和南部县的土壤物料机械特性，结果表明，土壤含水率集中于28.92%~59.09%，土壤耕作层在160mm以内，犁底层厚度约110mm；土壤容重为0.82~1.57g/cm3，土壤坚实度为90~3320kPa，土壤孔隙度为36.86%~45.26%，粘结力为18.41~41.635kPa，土壤粘着力峰值出现在含水率为25%~30%之间，粘着力低于30kPa。表明四川地区土壤含水率高且粘重，易粘附和影响作业质量，在油菜种植时开好畦沟尤为重要。 （2）设计了油菜直播开畦沟装置，确定开沟器关键结构参数。提出了开沟器的切削刃口曲线方程和切削开沟曲面结构，确定刃口曲线高度为300mm；确定开沟器入土角为45°和铲尖张角的范围；设计了开沟器关键部件犁体曲面的关键参数导曲线和元线角，开沟器导曲线开度为185mm，导曲线高度为300mm，元线角θ0为40°，导曲线开度较小，在开畦沟过程中有利于土壤沿着开沟器的犁体曲面向后方划出，减小犁体耕作阻力，而开沟器的犁体曲面接近半螺旋形犁体曲面，利于粘重土壤的开沟；设计了开沟器整形曲面，确定开沟器整形翼板长度范围。 （3）构建了粘重土壤模型。根据土壤的机械物理特性参数，应用锥入试验和直剪试验等，对仿真模型参数土壤颗粒密度、土壤颗粒泊松比、土壤颗粒剪切模量和接触模型参数进行校核，建立了粘重土壤的仿真模型。 （4）利用EDEM仿真方法优化了开沟器结构参数和分析土壤-开沟器的运动特性。分析了开沟器张角与整形翼板长度对阻力与沟型的影响，确定开沟器铲尖张角δmin的取值为25°~40°，δmax的为50°~65°和整形翼板长度小于212mm；正交试验结果表明以A2B2C3较优，即铲尖张角δmin为30°，铲尖张角δmax为55°，整形翼板长度为150mm。 （5）开展了畦沟开沟器的田间性能试验，分析不同工况下的开沟器适应性。结果表明：当开沟深度为200mm和250mm时，开畦沟装置均能在厢面两侧开出稳定的梯形沟，平均沟宽为305.14~375.66mm，平均沟深为198.16~259.04mm，各工况下的沟宽稳定性系数在90%以上，满足油菜直播开畦沟农艺需要；为探究开沟器牵引阻力功耗，在三个工况条件下，测定开沟器在不同开沟深度下的牵引阻力，开沟深度为200mm时，开沟器阻力在283~535N之间；开沟深度为250mm时，开沟器阻力在307~811N之间。
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