油菜高速直播机开畦沟装置刀组优化与试验 - 王立宗; 廖庆喜; 张子龙; 李蒙良; 张青松; 王磊; 廖宜涛 (农业工程学报, 2024)
S223.2+4; 针对长江中下游现有油菜机驱动型开畦沟装置高速(≥10 km/h)作业存在功耗较大、沟形不稳定的现实问题,该研究设计了一种刀体低阻触土面近似为螺旋桨叶面的类螺桨式开畦沟装置.基于运动学、动力学设计了由 4组刀盘组成的类螺桨式刀组,确定了影响其作业功耗、作业质量的关键参数范围.基于EDEM软件开展了刀片刃型、螺距角及弯折角的单因素试验,结果表明:后磨刃耕阻最小,螺距角增大使刀片耕阻先减小后增大、抛土性能下降,弯折角增大使整体耕阻减小、抛土性能下降;1～4号刀盘的刃角结构为后磨刃,螺距角分别为7°、5°、4°、3°,折弯角分别为120°、120°、90°、90°时阻力较小,抛土性能较好.以螺距角、作业速度和刀盘转速为因子的Box-Behnken仿真试验,采用遗传算法对功耗和抛土性能进行多目标优化,结果表明:作业速度、刀盘转速、螺距角增大均使功耗上升,其中作业速度影响最大;作业速度降低、刀盘转速增高均使抛土效率提高;优化后 1～4号刀盘对应的的螺距角分别为 6.7°、4.7°、3.5°、2.5°;作业速度 6、9、12 km/h时刀盘较优转速分别为 540、620、810 r/min,优化刀组作业功耗低于对照组和国际ⅠS225刀组,总功耗较对照组分别降低 5.51、11.78、28.99 kW,且 12 km/h时减阻率最高,约为 41%.田间试验表明:作业速度 6～12 km/h时优化后开畦沟装置的总功耗为 15.1～41.8 kW,与仿真结果相对误差小于 10%,沟宽、沟深稳定系数均达90%以上.研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速开畦沟装置的优化改进提供参考.