【正文】 基礎(chǔ)、 2。 分析了玉米根茬的生長(zhǎng)特性、空間分布規(guī)律和根土復(fù)合性力學(xué)特性，給出了玉米根茬的結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定了挖掘部件的入土深度為10~15cm、第 3 章 根茬的能源屬性分析 概述 20世紀(jì)80年代以來，石化資源的無節(jié)制開采和大量使用，使地下資源儲(chǔ)量迅速下降，造成了嚴(yán)重的全球性環(huán)境問題，而石化能源價(jià)格不斷上漲，有引發(fā)了新的能源危機(jī)、自1993年我國 由石油凈出口國轉(zhuǎn)變?yōu)閮暨M(jìn)口國以來，石油進(jìn)口量逐年上升，目前對(duì)石油進(jìn)口依賴已超過1/3，2005年進(jìn)口依存度將達(dá)42。9%，預(yù)計(jì)到2020年將超過60%、2002年我國超過日本，成為僅次于美國的世界第二大石油消費(fèi)國、在伴隨經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展生產(chǎn)高能耗，以及我國石油的相對(duì)匱乏，資源環(huán)境壓力不斷增大的現(xiàn)實(shí)背景下，可再生資源越來越受各界的青睞，作為可再生資源中的一支生力軍，生物質(zhì)能源蓬勃發(fā)展、但是，因全國各地醞釀的生物燃料乙醇產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家、十一五、計(jì)劃預(yù)計(jì)的500萬噸乙醇產(chǎn)能，國家擔(dān)心乙醇燃料項(xiàng)目的超常規(guī)發(fā)展將過度消耗玉米、小麥等糧食，因而遇到、嚴(yán)控、2006年12月28日，發(fā)改委、財(cái)政部聯(lián)合下發(fā)、關(guān)于加強(qiáng)生物燃料乙醇項(xiàng)目建設(shè)管理、的通知，明確要求堅(jiān)持、因地制宜，非糧為主、等原則發(fā)展生物乙醇燃料，各地不得盲目發(fā)展玉米加工乙醇能力，要求各地暫停核準(zhǔn)和備案玉米加工乙醇項(xiàng)目，并對(duì)在建和擬建的項(xiàng)目進(jìn)行全面清理、至此，我國以玉米為原料大規(guī)模加工乙醇的生物能源開發(fā)利用途徑告一段落，但美國以玉米為原料生產(chǎn)加工乙醇的行為仍存在、 國內(nèi)對(duì)玉米的研究，主要從育種與制度創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)前景分析、對(duì)玉米期貨市場(chǎng)的認(rèn)知、玉米期貨市場(chǎng)對(duì)于回避分險(xiǎn)、價(jià)格發(fā)現(xiàn)等方面展開，如張世煌等指出，為了促進(jìn)玉米育種的商業(yè)化轉(zhuǎn)換，應(yīng)淡化玉米種子產(chǎn)業(yè)的政府行為，逐漸以商業(yè)行為取而代之，在改革管理體制的過程中，要建立以國家投資為主的，多元化的農(nóng)業(yè)科研投資保障體系、張振從交易機(jī)制、市場(chǎng)外部環(huán)境和內(nèi)部制度等方面比較中美兩國玉米期貨市場(chǎng)，并驗(yàn)證了中美玉米期貨價(jià)格間的相關(guān)性和引導(dǎo)性、陳雨生對(duì)期貨市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)價(jià)格與回避風(fēng)險(xiǎn)功能方面的理論進(jìn)行探討，構(gòu)建我國玉米期貨市場(chǎng)功能發(fā)揮的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并實(shí)證了玉米期貨的套期保值效果、張軍以新疆玉米產(chǎn)業(yè)為例，定量分析了玉米期貨對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)的指導(dǎo)作用、呂東輝從行為金融學(xué)角度，借鑒股票、債券等金融工具的分析模式，對(duì)我國玉米期貨市場(chǎng)的定價(jià)偏差進(jìn)行了實(shí)證研究，并以我國東北為例，分析了由于小農(nóng)戶與大市場(chǎng)矛盾的存在農(nóng)民進(jìn)入或者借助期貨市場(chǎng)時(shí)還存在著組織、技術(shù)、管理上的諸多障礙、由國內(nèi)當(dāng)前的研究文獻(xiàn)可知，目前對(duì)玉米期貨市場(chǎng)的發(fā)展前景、種子的培育與制度創(chuàng)新、期貨市場(chǎng)功能的發(fā)揮研究較多，但是對(duì)玉米與能源之間的分析不多，定量研究就更少了、在方法上，對(duì)期貨市場(chǎng)與現(xiàn)貨市場(chǎng)的研究，國內(nèi)研究定性較多，國外研究定量較多、 本章小結(jié)通過對(duì)根茬能源期貨市場(chǎng)與玉米根茬能源現(xiàn)狀的分析得出根茬回收利用的價(jià)值，間接體現(xiàn)出本課題的價(jià)值、對(duì)以后根茬回收并用于能源利用做鋪墊、第 4 章 土壤根茬聯(lián)合整地機(jī)的設(shè)計(jì) 概述農(nóng)業(yè)機(jī)械化隨著時(shí)代的前進(jìn)，科技的創(chuàng)新，將逐漸擺脫粗放型農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展模式，而爭(zhēng)趨向一種節(jié)約型農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展模式、作為一項(xiàng)革命性的新型農(nóng)業(yè)技術(shù)，生物質(zhì)能源的開發(fā)和利用都是具有時(shí)代性的，尤其強(qiáng)烈的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)原因、土壤根茬聯(lián)合整地機(jī)的設(shè)計(jì)與研究，預(yù)計(jì)能做到：對(duì)不大于20cm的作物根茬進(jìn)行收集作業(yè)、將為廣大農(nóng)戶和農(nóng)場(chǎng)解決作物根茬收集的問題，節(jié)約大量的勞動(dòng)力；為發(fā)電廠、沼氣發(fā)酵提供能源和原料、 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理圖4。1 根茬聯(lián)合整地機(jī)總裝 圖41為所設(shè)計(jì)的根茬收獲機(jī)，能一次完成挖茬、集茬、撿茬、引茬和條鋪、整地等工藝，結(jié)構(gòu)和組成如圖41所示、根茬收獲機(jī)主要由懸掛架、挖掘鏟、變速箱、撿拾輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、引茬板、集茬柵條、旋耕輪、起壟器和地輪等部分構(gòu)成、其前部通過懸掛架與拖拉機(jī)相連，由拖拉機(jī)帶動(dòng)機(jī)架向前進(jìn)行作業(yè)，由鏟挖掘鏟組件實(shí)現(xiàn)玉米入土根茬的挖掘及須根脫離土壤；由特定曲面型柵條機(jī)構(gòu)對(duì)根茬進(jìn)行集中收集；由撿拾輪輪齒組件隨機(jī)車前進(jìn)同時(shí)相對(duì)機(jī)車前進(jìn)方向的正向回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)地面玉米根茬的撿拾；由引茬立導(dǎo)板實(shí)現(xiàn)玉米根茬的收集，并將根茬收集到輸送裝置對(duì)根茬進(jìn)行輸送；由旋耕刀輥進(jìn)行整地平地，后跟起壟器進(jìn)行起壟作業(yè)；由液壓馬達(dá)、鏈傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)車動(dòng)力傳輸；由支撐輪組件實(shí)現(xiàn)耕深的調(diào)節(jié)與機(jī)具回轉(zhuǎn)的靈活性實(shí)現(xiàn)，通過上述一系列作業(yè)完成挖掘、集中、撿拾、輸送根茬，由旋耕裝置進(jìn)行旋耕整地，再由起壟器進(jìn)行起壟、 土壤聯(lián)合整地機(jī)關(guān)鍵部件的相關(guān)設(shè)計(jì) 挖掘鏟設(shè)計(jì)難點(diǎn)與設(shè)計(jì)方案1 根據(jù)功能要求，挖掘鏟設(shè)計(jì)難點(diǎn)主要為：1）實(shí)現(xiàn)低功耗、小阻力挖掘、耕層土壤由于土壤物理特性，以及玉米根茬生物學(xué)特性，決定了對(duì)玉米根茬挖掘阻力大，能耗大的問題、研究土壤與挖掘部件作用力學(xué)特性，及如何降低挖掘阻力，實(shí)現(xiàn)根茬低功耗挖掘，成為設(shè)計(jì)新型挖掘部件的核心因素、2）確保根茬完整性挖掘、為了充分有效利用根茬資源，起茬時(shí)不損傷莖稈和主要根系，盡量保持根茬的完整性，研究碎土方式及機(jī)理，成為確定挖茬部件實(shí)現(xiàn)根茬完整性挖掘相關(guān)參數(shù)的關(guān)鍵、2 設(shè)計(jì)方案中國北方一年一作玉米種植壟寬650mm，壟溝深平均812cm、玉米主根植地下深達(dá)1012cm、所以挖掘鏟入土挖掘深度必須保證15cm、而目前深松方式及根茬挖掘機(jī)具主要有間隔深松、全方位深松、及淺翻深松、深松挖掘刀鏟主要有：鑿形深松鏟、雙翼形深松鏟、和箭形深松鏟、這三種深松刀具是在不翻動(dòng)土壤的情況下打破犁底層，加深耕作層、作業(yè)時(shí)靠鏟刀底部和兩側(cè)刀刃切出土條，當(dāng)機(jī)具以一定速度前進(jìn)時(shí)，工作部件對(duì)土條進(jìn)行擠壓、剪切和拉伸，使土壤碎土、即使是采用深松鏟和鏵式小犁體組成淺翻深松機(jī)具作業(yè)時(shí)也是采取從壟中部破壟松土方式，這樣挖掘鏟刀在壟中部行進(jìn)時(shí)易將根茬切斷，不易保證根茬完整性、中部破土?xí)r雙側(cè)刃均受土壤摩擦，阻力大、考慮到若采用梯形鏵犁式鏟刀，適當(dāng)?shù)娜胪羶A角，及輕式鏟柄，使鏟刀主要是從壟根部側(cè)隙切土，將根茬所在壟臺(tái)沿著機(jī)車前進(jìn)方向縱向切開并將玉米根茬入土部分主根及須根完整剝離土壤挖出，然后將根茬側(cè)向擠推，土垡?guī)?dòng)根茬擠推在壟溝，碎土、根茬顯露于地表、不僅可以減少入土挖掘阻力而且可以保證挖掘到根茬完整性、鏟刀表面滑移作用，減少土壤阻力，及刀具的磨損、從而降低主機(jī)油耗與作業(yè)成本、 圖4。2 挖掘鏟總裝 圖4。3 鏟柄護(hù)板焊合 1。挖掘鏟 2。鏟柄 3。調(diào)節(jié)套筒 如圖42所示，在挖掘鏟柄出設(shè)計(jì)有刻度線，方便調(diào)節(jié)挖掘深度，外面設(shè)有套筒用以固定并實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)深度的功能、如圖43所示為鏟柄與護(hù)板的焊合圖，其中三個(gè)螺孔體現(xiàn)出鏟刀的安裝方式、 集茬柵條裝置的設(shè)計(jì)難點(diǎn)與設(shè)計(jì)方案 1。 根據(jù)要求，此集茬柵條裝置的設(shè)計(jì)難點(diǎn)有：1）實(shí)現(xiàn)低阻塞集茬、根據(jù)根茬大小，與根茬挖掘后所帶土壤的阻力的分析來解決該問題、2）根據(jù)機(jī)體前幾方向與根茬的受力方向的合成來實(shí)現(xiàn)根茬向撿拾輪方向集中、由于地表狀態(tài)不同，根茬各方向受力變化、所以研究此時(shí)根茬受力成為根茬是否順利集中的關(guān)鍵、 2。 設(shè)計(jì)方案 根據(jù)以上設(shè)計(jì)難點(diǎn)，將本方案設(shè)計(jì)為犁體柵條狀機(jī)構(gòu)、由于根茬大致在70mm左右，所以將柵條間距設(shè)計(jì)為50mm，又根據(jù)犁體曲面設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)了柵條曲面，根據(jù)犁體曲面將柵條加工成不同的曲線形來達(dá)到根茬各方面受力與機(jī)體前進(jìn)方向受力的合力為根茬最終向撿拾輪運(yùn)動(dòng)的方向，從而達(dá)到撿拾等一系列的目的、將此曲面設(shè)計(jì)成柵條狀，在根茬間撞擊與堆積過程中會(huì)有一定的慮土作用，防止最后出現(xiàn)土堆積現(xiàn)象影響撿拾輪撿拾、 集茬柵條裝置的曲面設(shè)計(jì)由于犁體曲面具有翻垡碎土等功能，所以該柵條裝置的曲面設(shè)計(jì)借鑒于立體曲面、目前犁體曲面的形狀是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間、積累不斷修改、不斷完善而形成的，是一個(gè)空間任意曲面，不能用數(shù)學(xué)的方法來描述，只能用近似的方法，用作圖原理來形成犁體曲面、可近似認(rèn)為：犁體曲面的形成原理是由動(dòng)線在空間按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)而成、不同類型的犁體曲面設(shè)計(jì)方法各不相同．主要設(shè)計(jì)方法有：在試修法的基礎(chǔ)上測(cè)繪獲得犁體曲面，這種方法主要用于改進(jìn)已有的犁體曲面；用幾何作圖法和數(shù)學(xué)分析法設(shè)計(jì)犁體曲面、這種方法主要用來設(shè)計(jì)新的犁體曲面、本文涉及的是幾何作圖法、犁體曲面的作圖法根據(jù)成型原理的不同而不同．常見的作圖法有水平直元線法、傾斜直元線法和曲元線法、 水平直元線犁體曲面的形成原理犁體曲面可以看作是由直線或曲線在空間按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)而成、這些構(gòu)成曲面的直線或曲線、稱為、元線、元線在空間的運(yùn)動(dòng)，可由直線、曲線或平面來控制、這些控制元線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的幾何要素稱為導(dǎo)線或?qū)?在幾何學(xué)上又稱為、準(zhǔn)線、或、準(zhǔn)面、)、目前國內(nèi)外的鏵式犁產(chǎn)品中．以用水平直元線或傾斜直元線所形成的犁體曲面為最多、由水平直元線構(gòu)成的扭柱型曲面，直元線在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持水平．即以溝底平面作為導(dǎo)向面，同時(shí)直元線又始終與一條平面曲線(導(dǎo)曲線)相接觸、導(dǎo)曲線位于與鏵刃線相垂直的平面內(nèi)、此外，元線在空間的位置還取決于它同溝墻平面的夾角的變化規(guī)律、由此可見，當(dāng)導(dǎo)曲線的參數(shù)和元線角的變化規(guī)律確定之后．水平元線的運(yùn)動(dòng)即可唯一確定一個(gè)曲面、這種設(shè)計(jì)方法是在大量的實(shí)踐的基礎(chǔ)上形成的，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用、這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)參數(shù)較容易控制．可以通過有規(guī)律地改變參數(shù)，得到不同的犁體曲面、圖4。4 水平直元線犁體設(shè)計(jì)總圖a. 正視圖與翻土曲線b。俯視圖與元線角c。導(dǎo)線d。元線角變化曲線e。側(cè)視圖與碎土曲線f。樣板曲線犁鏵與犁壁共同組成了犁體曲面，由于曲面的參數(shù)不同、性能不同，犁體曲面可分為：翻土型、碎土型和通用型（又稱：螺旋型、熟地型、半螺旋型）、 圖4。5 從兩面楔到三面楔的工作過程 翻土型犁鏵起土角小，犁胸部平緩，易于引導(dǎo)土垡上升，但翼部扭曲較為明顯，目的在于將上升至曲面頂部的土垡實(shí)現(xiàn)翻扣、這種形式的曲面，土垡的運(yùn)動(dòng)軌跡為一條螺旋線，它主要用于開荒，深翻，消滅雜草和病蟲害、碎土型——犁胸部較陡，翼部幾乎為直立狀，土垡沿曲面上升過程中表現(xiàn)為上壓下擠，從而使土垡破碎、一般用于土壤狀況較好、雜草較少且以松土為主的耕地作業(yè)，故又稱熟地型犁、 翻土型 通用型 碎土型 圖4。6 圖4。6為放置在oxyz座標(biāo)系內(nèi)的三面楔、平面ACB、CBD和ABD分別位于xoz、yoz和xoy座標(biāo)面內(nèi)、平面CBE是垂直于楔刃AD的鉛垂面、該平面與楔子工作面ACD的截線CE同溝底平面ABD的夾角為ε、由以上分析可見，三面楔的楔角不是彼此獨(dú)立的，而是相互依存的、因此，只要確定了楔刃與前進(jìn)方向的夾角θ和楔子工作面與溝底的夾角ε，楔子在空間的位置即被確定、根據(jù)上述分析，由于起土角小，犁胸部平緩，易于引導(dǎo)土垡上升故選用翻土型犁體曲面的原理，使根茬在集中過程具有翻轉(zhuǎn)和受曲面壓力與自身運(yùn)動(dòng)受力合力的影響而受壓落土，最終達(dá)到根茬少土，不至于造成堆土現(xiàn)象、 柵條曲面的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器的總體機(jī)長(zhǎng)和耕種寬幅規(guī)定的要求，將柵條數(shù)設(shè)為8個(gè)，其中每個(gè)柵條組有14的鋼筋彎成，這樣就相當(dāng)于形成了兩個(gè)柵條狀齒，又根據(jù)前面第二章中對(duì)根茬結(jié)構(gòu)的分析決定將每個(gè)齒之間間距定為50mm，這樣既可以保證大土塊在運(yùn)動(dòng)過程中通過振動(dòng)碎土來達(dá)到慮土效果又可以避免發(fā)生漏茬現(xiàn)象、 根據(jù)所選翻土型曲面的相關(guān)特性，將柵條設(shè)計(jì)如下圖：圖4。7 集茬柵條上圖為柵條部分的一個(gè)零件圖，從圖中標(biāo)注可以看出該曲面有兩段曲線圓弧組成，一段是半徑為302mm，另一段半徑為454mm，這樣設(shè)計(jì)的目的在于給根茬一個(gè)緩沖的空間，避免因柵條齒再向前運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)根茬造成破碎、其中角aa2為柵條曲面的形成角度，每組柵條各有不同，每個(gè)柵條齒也各不相同以達(dá)到根茬隨曲面發(fā)生變化而向中間撿拾輪集中與根茬清土的功能；LL2為半徑為454mm的圓弧距齒底的高度，隨著齒數(shù)的增加，LL2是變化的，其中L1是級(jí)數(shù)，以后以一定規(guī)律增加，即L2=2*L1，L3=2*L2。以此類推、將數(shù)據(jù)整理如下表： 表41 集茬柵條關(guān)鍵數(shù)據(jù) 柵條曲面的受力分析 作用于柵條前進(jìn)方向推力為水平力P、 （41）其中：柵條水平推力；柵條表面法向載荷；曲面彎折角；土壤與柵條金屬表觀摩擦系數(shù)；單位幅寬土壤純阻力；柵條托片寬度、 被切土塊受力分析力系平衡方程為： （42） （43）由（41）、（42）、（43）消去與整理為 （44）其中：土塊重量；C土壤內(nèi)聚力；剪切面傾角；土壤內(nèi)摩擦系數(shù)；作用于剪切面的法向力；使土塊運(yùn)動(dòng)加速的力；剪切面的面積、由（44）公式看出決定柵條前進(jìn)阻力大小的參數(shù)主要為：曲面彎折角、土壤與柵條金屬表觀摩擦系數(shù)、前接觸面傾角、沿前接觸面使土塊運(yùn)動(dòng)加速的力、前接觸面的面積、土壤內(nèi)聚力及土壤內(nèi)摩擦系數(shù)、 柵條的動(dòng)態(tài)分析 根茬在t時(shí)間內(nèi)進(jìn)入柵條曲面速度由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到速度，被加速的根茬質(zhì)量可根據(jù)被擾動(dòng)根茬單元的體積計(jì)算、 （45） （46）土體單元未被刀頭擾動(dòng)前是靜止的，t秒末速度與、的關(guān)系如下： （47）