氣壓深松特性及技術的試驗研究.pdf

1、我國是一個嚴重缺少水資源的國家，研究合理的農(nóng)田耕作技術，提高土壤的蓄水保墑能力，減少水土流失，避免耕地的繼續(xù)減少，對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。為解決由于不合理的耕作方式而造成的水土流失，我國實施了“保護性耕作”的耕作方式。深松是保護性耕作的重要組成部分，通過疏松土壤，打破耕地犁底層和加深耕作層，能改善土壤的透水、透氣性能和團粒結構，使雨水更容易滲入到土壤中，從而有利于作物根系的發(fā)育，提高蓄水保墑能力。但傳統(tǒng)的深松方式，存在

2、深松作用范圍小、深松深度淺、程度不均勻等問題。因此，對新的耕地深松方式的研究十分必要。
　　論文提出了一種新的耕地深松方式—氣壓深松:通過向耕地土壤中注入高壓氣體，使土壤在高壓氣體的作用下產(chǎn)生裂隙，實現(xiàn)對耕地的深松。為了探尋氣壓深松效果，探索氣壓深松特性，解明氣壓深松參數(shù)對氣壓深松效果評價指標的影響。為此，論文從以下七個方面展開研究，主要的研究內(nèi)容為:
　　對氣壓深松裂隙生成原理進行分析，分析氣壓深松裂隙擴展模型、裂隙擴展機

3、理及氣壓深松裂隙起劈壓力。
　　對深松效果的評價指標進行選取確定，選取土壤孔隙度、土面抬升量作為深松效果的評價指標。給出了各評價指標的測試方法，對測試原理及測試手段進行說明與分析，對指標測試裝置及氣壓深松試驗裝置進行研制。
　　為驗證氣壓深松效果，進行氣壓深松效果試驗，結果表明:高壓氣體在土壤內(nèi)部主要產(chǎn)生水平裂隙，水平裂隙的發(fā)展使犁底層的孔隙度明顯增大，可有效打破犁底層，深松后土壤中空氣的含量增加，使土壤體積膨脹、土面抬升，

4、可在不擾動或少擾動耕作層的情況下得到良好的深松效果;氣壓深松對容重1.6、1.8g/cm3的犁底層同樣具有較好的深松效果，深松后耕作層和犁底層的孔隙度均有大幅度提升，并且作用范圍較廣，可以克服傳統(tǒng)深松鏟對容重較大的犁底層難以實施深松的問題;氣壓深松的最大深松作用半徑為0.7m，是傳統(tǒng)深松鏟深松最大作用半徑的2～2.5倍，而對犁底層深松作用半徑至少為傳統(tǒng)深松鏟深松作用半徑的3倍，并且作用范圍內(nèi)的孔隙度提升率較高且變化幅度較小，說明氣壓深松

5、具有深松作用范圍廣、深松均勻、深松程度高等特點，
　　為得到氣壓深松參數(shù)對深松效果評價指標（土壤孔隙度及土面抬升量）影響的顯著性，利用正交試驗對氣壓深松參數(shù):深松氣壓、噴氣深度、氣槍噴氣孔角度及犁底層容重對土壤孔隙度增加率及土面抬升量影響的顯著性進行了分析。得出:深松氣壓、注氣點深度、氣槍噴氣孔角度對土壤孔隙度增加率及土面抬升量影響顯著，而容重影響不顯著。
　　為分析深松氣壓對深松效果評價指標（土壤孔隙度及土面抬升量）的影響

6、規(guī)律，利用全因素試驗分析了不同深松氣壓下的土壤孔隙度增加率及土面抬升量。分析表明:水平距離對土壤孔隙度增加率及土面抬升量影響顯著;孔隙度增加率最大值出現(xiàn)在與噴氣孔相同深度的犁底層，說明與氣槍噴氣孔深度相同的犁底層可得到較好的深松效果，實際作業(yè)中應根據(jù)犁底層的位置合理的設置氣槍噴氣孔的噴氣深度;對于容重較小的犁底層，深松氣壓在土壤中橫向擴散和豎向擴散并存，孔隙度增加率隨氣壓增大無明顯變化規(guī)律，隨水平距離增大而波動減小且波幅較大;而容重較大

7、的犁底層，深松氣壓橫向擴散趨勢增強而豎向擴散趨勢減弱，孔隙度增加率隨氣壓增大呈增大趨勢，隨水平距離增大而波動減小且波幅較小;深松氣壓增大對容重較小犁底層的孔隙度增加率及土面抬升量引起的差異不明顯，而對容重較大的犁底層引起的孔隙度增加率及土面抬升量差異顯著;對于容重為1.4，1.6和1.8g/cm3的犁底層，深松氣壓分別為1.4、1.8和2.2MPa時，孔隙度增加率及土壤空氣增加量最大，說明，對于容重為1.4、1.6和1.8g/cm3的犁

8、底層，分別選用1.4、1.8和2.2MPa的深松氣壓可得到較好的深松效果。
　　為了探尋氣壓深松時，高壓氣體擴散規(guī)律，利用CFD軟件仿真對不同容重犁底層內(nèi)高壓氣體擴散規(guī)律進行仿真分析。仿真結果顯示:對于容重較低的犁底層，高壓氣體不易于向水平方向擴散，隨著容重的增高，高壓氣體向水平方向擴散的趨勢逐漸增強。
　　對氣壓深松機進行了總體結構設計、關鍵部件設計及運動學分析，本機由拖拉機牽引，能在不停車的條件下，通過對耕地內(nèi)部連續(xù)注入