基于分段螺旋逐层取土的高效节能型葡萄深施有机肥开沟机理研究

In view of the present grape deep organic fertilizer mechanization furrowing shallow and the high energy consumption, we plan to carry out simple structure, high efficiency method of segmented screw layered soil trenching mechanism and experimental study. Dased on the project of the material properties of grape planting soil, we set up trenching multibody dynamics model and research soil crushing, soil particle scatters, soil deformation as well as the process of cutting soil stress distribution unit in the process of furrowing, and establish the relationship between the furrowing resistance and furrowing parameters such as speed, drum speed,and analysis of different furrowing organization structure parameter change on the influence of the soil flow,and determine the relationship between different structure performance parameters and soil movement,and seek after a processing critical condition of cutting、fully behind soil.The last, we establish a test platform，analyze the soil movement in the process of furrowing, verify and analysis the quality of the machine trenching work. According to the test results,we further improve and optimize the trenching organization structure and design parameters, and test its performance.The successful implementation of this project will provide theory support and guidance for developed with independent intellectual property rights of grape deep organic fertilizer machinery which will provide a scientific basis on the development of grape deep fertilizer technology.

针对目前葡萄深施有机肥机械化开沟浅、能耗高的问题，拟开展结构简单、效率高的分段螺旋逐层取土开沟机构的设计方法和试验研究。项目在研究葡萄种植土壤物料特性的基础上，建立开沟机构多体动力学模型，研究开沟过程中的土壤破碎、土壤粒子抛撒、土壤单元变形以及切削土壤过程受力情况，分析不同开沟机构结构参数对土壤流动的影响，确定不同结构性能参数与土壤运动轨迹的关系，寻求逐层切削、充分后抛的土壤加工临界条件，建立以开沟性能和开沟阻力为目标，以不同结构参数和工作参数为变量的关系函数，探究分段螺旋逐层取土开沟装置土壤加工机理；最后，建立试验平台，观察分析开沟过程中土壤运动状态，验证分析相关参数对开沟作业质量的影响，根据试验结果， 进一步完善和优化开沟机构的结构与相关设计参数，并对其性能进行测试。本项目的成功实施将为研制具有自主知识产权的葡萄有机肥深施机械提供理论支持和试验指导，为葡萄深施肥技术的发展提供科学依据。

本项目针对目前葡萄深施有机肥机械化开沟浅、能耗高的问题，开展了结构简单、效率高的分段螺旋逐层取土开沟机构的设计方法和试验研究。项目在研究葡萄种植土壤物料特性的基础上，通过数学计算、几何分析的方法对开沟刀具进行运动学分析，得到了刀片切削土壤加工过程中的运动方程、切土速度、作业区长度等；通过数学计算、几何分析的方法对开沟刀片、被切单元土壤垡片进行了运动学分析，建立了开沟机构多体动力学模型；采用SolidWorks、EDEM仿真等对其进行结构及性能优化，确立以开沟性能和开沟阻力为目标，以不同结构参数和工作参数为变量的关系函数，建立了土壤颗粒模型、土壤—开沟装置交互模型，分析了前进速度、刀盘转速及刀具组合对开沟作业功耗的影响，在此基础上，利用搭建的开沟装置性能检测平台，对设计试制的分段螺旋逐层取土葡萄深施有机肥开沟装置进行了试验（配套制作刀具200余把，导流装置6套），确定了开沟装置功耗模型与土壤抛撒模型，探究了分段螺旋逐层取土开沟装置土壤加工机理，获得了最佳影响因素参数组合，试验结果显示：各因素对作业功耗的影响由大到小依次是：前进速度＞刀盘组合＞刀盘转速，最佳影响因素参数组合：前进速度815m/h、刀盘转速112r/min、刀盘组合为刀A切土角150o、弯折角60o、工作幅宽133mm；刀B切土角180o、弯折角90o、工作幅宽166mm，此时，开沟作业功耗为17.98P/ kW。.项目执行期间，撰写论文6篇，已发表5篇，申请专利7项，已获批3项，发布软件著作权5项，培养学生3人，依托项目指导学生在课外科技竞赛获奖2项。