揉碎玉米秸秆螺旋输送理论模型分析与试验

针对农业纤维物料螺旋输送机理不明确、输送功耗大、生产率低等问题,该文对揉碎玉米秸秆的螺旋输送过程进行理论分析,建立了同时考虑物料的压缩特性、螺距的变化及螺旋轴离心力作用的物料所受压力、螺旋输送装置的生产率和功耗的数学模型,并通过轴向推力、生产率和功耗试验数据修正了上述模型。结果表明,当喂入量30 kg/min、转速58 r/min、螺距在160~300 mm的范围内变化时,压力、生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在11.7%、8.6%和5.9%以内;当螺距250 mm、喂入量30 kg/min、螺旋轴转速在58~148 r/min的范围内变化时,压力、生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在5.1%、6.9%和5.4%以内;当螺距250 mm、转速58 r/min、喂入量在10~70 kg/min的范围内变化时,压力及生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在5.9%、5.8%和5.2%以内。该研究为适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置的设计及生产提供较为精确的理论依据。     

揉碎玉米秸秆螺旋-气力耦合输送装置设计

为解决揉碎玉米秸秆螺旋输送过程中的生产率低、功耗大、易堵塞及机件磨损严重等问题,该文设计了一种螺旋-气力耦合输送装置,并以揉碎玉米秸秆为原料开展了试验研究。螺旋-气力耦合输送装置主要由螺旋输送装置和气力辅助输送系统组成。其中气力辅助输送系统主要由喷射角度可调的Y型喷嘴座、喷嘴、最大出气压力为1.6 MPa的空气压缩机、直径为10 mm的PPR(polypropylene random)管和15°弯管及压力表等组成。螺旋输送装置主要由机壳、螺旋叶片和中心轴等组成,其关键参数为:螺旋叶片外径为250 mm,中心轴直径为60 mm,螺距为335 mm,螺旋槽用U型机壳。以比功耗、轴向推力、螺旋叶片及机壳各部位所受压力作为输送性能指标,对施加气流前后各部位所受压力进行测试。结果表明,当螺距为335 mm、螺旋轴转速为100 r/min、喂入量为70 kg/min、气流速度为10～50 m/s时,随着气流速度的增大,输送装置的比功耗先减小后增大。当气流速度为20 m/s时比功耗最小,为10.78 W/kg,比无气流时的比功耗减小了8.3%,轴向推力、叶片和机壳各部位所受压力随着气流速度的增大而减小,且均小于不加气流时的值。     

基于EDEM的双螺旋奶牛饲喂装置给料性能分析与试验

奶牛精确饲喂技术的实施不仅能够促进奶牛业健康发展,而且还能够提高牛场经济效益。基于牛场现状,该文在设计的等径双螺旋精确给料的奶牛饲喂装置基础上,理论分析了物料输送速度与给料时间,通过Solidworks对双螺旋给料装置进行了三维建模,并利用EDEM软件分别对40 mm搅龙和70 mm搅龙不同转速(80、100及120 r/min)的给料过程进行了离散元仿真,分析了装置给料稳定性,结果表明,40 mm搅龙在转速为120 r/min时变异系数为0.052 2,70 mm搅龙在转速为100 r/min时变异系数为0.105 2,给料稳定性最优。为进一步验证仿真结果,在搭建的双螺旋给料饲喂装置上,对40 mm搅龙和70 mm搅龙进行了给料试验,试验结果显示,40 mm螺距搅龙转速120 r/min和70 mm搅龙转速100 r/min时给料稳定性最优,试验结果与仿真结果吻合。在验证装置给料稳定性基础上,对给料精度进行了试验,结果显示:40 mm搅龙和70 mm搅龙在80、100、120 r/min等不同工作转速组合下,给料精度均大于95%,当40 mm搅龙转速为120 r/min,70 mm搅龙转速为100 r/min时,给料时间为14.1 s,给料量为6.009 kg,装置给料精度不低于99.835%,符合奶牛精确饲喂效率与精度要求。     

生物质无轴螺旋连续热解装置送料器设计及中试

为解决有轴螺旋送料器存在质量大、能耗高、易产生机械干涉等问题,该文设计了送料能力为150 kg/h的生物质无轴螺旋送料器,并以稻壳为原料开展了冷态输送和热解试验。设计的无轴螺旋送料器关键尺寸为:螺旋外径为400 mm、螺旋轴径为80 mm、螺距为200 mm,送料器采用柴油燃烧机和热解气回烧的方式加热,计算出燃烧机需要提供的功率为95.43 k W。稻壳冷态输送试验表明,当送料频率为50 Hz即无轴螺旋的转速为2.03 r/min时,无轴螺旋送料器输送稻壳的送料量为224.3 kg/h150 kg/h,无轴螺旋送料器的实际送料量高于理论计算值。稻壳热解试验表明,当加热腔最高温度为(700±50)℃时,随着热解时间增加,稻壳炭的挥发分质量分数由22.45%减至13.6%,灰分质量分数由29.38%增至33.44%,固定碳质量分数由48.17%增至52.96%。稻壳炭的高位热值随热解时间增加而增加,但在试验范围内增幅不大。热解时间对生物炭品质影响较大,即传热速率是限制大型连续热解反应器处理效率提高的主要因素,因此,在工业化应用的大型热解反应器的设计中,应着重考虑提高热解传热效率的方法。     

玉米果穗螺旋摩擦输送装置的输送性能试验

为解决小型玉米联合收获机上难于配置果穗输送装置的问题,该文利用自制玉米果穗输送试验台,试验研究了玉米果穗螺旋摩擦输送搅龙的叶片高度、导向侧板倾角、导向侧板位置角、搅龙升运角和搅龙转速等对玉米果穗输送性能的影响,验证了玉米果穗输送装置对不同状态果穗的适应性。果穗处于下降侧输送、螺旋叶片高度20 mm、转速300 r/min、侧板位置角70°、侧板倾角75°的情况下,可以较好的完成玉米果穗的输送,有效避免了传统螺旋输送装置输送过程中引起的果穗损伤。     

Structure optimization and performance simulation of screw discontinuous feeding device

为了解决目前螺旋加料装置不连续加料量不稳定、能耗高等问题,开展螺旋不连续加料装置的结构优化与性能仿真研究。首先分析螺旋加料性能指标以及螺旋加料装置不同结构参数对其不连续加料性能影响;其次,以外径100 mm螺旋不连续加料作为研究对象,以单位加料量消耗的能量最小为优化目标,选取螺旋体的内径、螺距以及工作转速为优化设计变量,确定对应约束条件,采用随机方向优化算法,得到优化结果是：转速65 r/min,内径40 mm,螺距85 mm。最后,利用离散单元法仿真分析不同内径和螺距对颗粒填充率、加料量变化和加料能耗等加料性能的影响,结果表明：内径50 mm和螺距100 mm时加料稳定性与能耗综合表现较好,而在内径40 mm、螺距85 mm时综合性能最好。该研究结果可为加料稳定、低能耗的螺旋加料装置的设计提供参考。     

螺旋不连续加料装置结构优化与性能仿真

为了解决目前螺旋加料装置不连续加料量不稳定、能耗高等问题,开展螺旋不连续加料装置的结构优化与性能仿真研究。首先分析螺旋加料性能指标以及螺旋加料装置不同结构参数对其不连续加料性能影响;其次,以外径100mm螺旋不连续加料作为研究对象,以单位加料量消耗的能量最小为优化目标,选取螺旋体的内径、螺距以及工作转速为优化设计变量,确定对应约束条件,采用随机方向优化算法,得到优化结果是:转速65r/min,内径40mm,螺距85mm。最后,利用离散单元法仿真分析不同内径和螺距对颗粒填充率、加料量变化和加料能耗等加料性能的影响,结果表明:内径50mm和螺距100mm时加料稳定性与能耗综合表现较好,而在内径40mm、螺距85mm时综合性能最好。该研究结果可为加料稳定、低能耗的螺旋加料装置的设计提供参考。     

秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置改进

针对秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置存在的功耗高、易堵塞的问题,设计并分析了抛送管道改进结构,在此基础上以比功耗和抛送速度为目标函数,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对洁区播种机秸秆输送装置的工作参数进行了试验研究,以抛送叶轮转速、喂入量和抛送管道截面积作为影响因素进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆输送性能有较大影响,比功耗影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;抛送速度影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;最优参数组合为抛送转速2 270 r/min,喂入量1.3 kg/s,管道截面积507 cm~2,对应的比功耗和抛送速度分别为7 980 m~2/s~2、11.7 m/s,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置的结构完善设计与参数优化提供依据。     

立式有机肥螺旋撒肥装置设计与试验

针对有机肥黏度大、流动性差、粘结成块后抛撒困难的问题，该研究设计了一种带撒肥叶片的立式有机肥螺旋撒肥装置。通过建立有机肥在抛撒过程中的运动学模型，对撒肥距离、撒肥幅宽进行分析，确定影响撒肥效果的主要因素。以撒肥均匀度和撒肥幅宽为试验指标，以螺旋轴转速、撒肥圆盘倾斜角度、螺旋叶片螺距为试验因素进行旋转正交试验。运用Design-Expert软件对试验结果进行参数优化，通过验证试验对优化后的参数进行验证，结果表明：当螺旋轴转速为385.0 r/min，撒肥圆盘倾斜角度为16.0°，螺旋叶片螺距为360.0 mm时，撒肥均匀度横向变异系数为14%，撒肥幅宽为8.1 m，满足有机肥撒肥机作业标准及田间作业要求。该研究可为有机肥撒肥机的设计和优化提供参考。     

水稻鼓形纵轴流脱粒滚筒杆齿优化与试验

与传统杆齿式圆柱形纵轴流脱粒滚筒相比,课题组前期研制的杆齿式鼓形纵轴流脱粒滚筒可有效改善轴向负荷,降低脱粒功耗。为进一步提升该滚筒性能,该研究对杆齿进行优化,设计了圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿3种形状杆齿,建立水稻籽粒与杆齿碰撞冲击力学模型,分析了影响功耗的杆齿结构参数。以黄华占水稻为对象,基于EDEM软件构建水稻植株离散元柔性模型,利用仿真试验建立滚筒轴向负荷监测器,探究圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿在不同杆齿直径和脱粒间隙下对滚筒轴向负荷均匀性的影响,得出最佳杆齿结构参数为杆齿直径10 mm,脱粒间隙25 mm。以喂入量、滚筒转速和杆齿形状为试验因素,以脱粒功耗为指标开展三因素三水平Box-Behnken响应面试验,结果表明,最优结构参数下,圆柱杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量1.1 kg/s,滚筒转速900 r/min,功耗最低为4.61 kW;弯头杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量0.95 kg/s,滚筒转速935 r/min,功耗最低为3.58 kW,确定将鼓形滚筒杆齿优化为弯头杆齿形状。分别开展仿真与台架对比试验,结果表明,优化后的弯头杆齿式鼓形滚筒较圆柱杆齿式鼓形滚筒的轴...     

自走式牧草青贮联合装袋机设计与试验

针对目前中国牧草收贮设备不能将盛产期的牧草切割后直接装袋而造成的运输成本高、工序多、营养损失大等问题,提出了将牧草在田间进行收割、粉碎、装袋、扎口联合作业的青贮保存方法,并设计了一种自走式牧草青贮联合装袋机。该文描述了机器的总体设计方案,并对输送粉碎装置、牧草粉碎后螺旋挤压等装置进行了设计,确定了其关键参数值。该研究进行了含水率为78%的牧草试验,机器前进的平均速度为2.3 m/s、割茬高度为5~15 mm,螺旋压缩比为2:1,临界旋转速度为99 r/min,样机能够顺利工作,装袋的密度能达到320 kg/m3,装袋平均时间为30 s每袋。机型的设计不仅能够提高劳动生产率,方便取饲喂养,而且为青贮牧草的收获存储提供了新的方法。     

荔枝收获切割器果梗锯切功耗影响因素试验

为合理设计荔枝收获装备切割部件,获得理想荔枝果、树分离效果,在确定以回转锯切为切割方式的基础上,搭建果梗锯切功耗测定平台并进行荔枝果梗锯切试验。研究了锯齿前面斜磨角、锯片齿数、进锯速度、锯切转速对果梗锯切实时功耗的影响;以单因素试验结果为依据,选定三因素三水平进行正交试验,得到各因素对锯切实时功耗峰值影响的主次顺序为锯切转速、进锯速度、齿前面斜磨角、锯片齿数;同时得到在给定因素水平下的最佳组合是采用25°齿前面斜磨锯片、进锯速度为60 mm/min、锯切转速为550 r/min,此时电机瞬时功耗峰值最小为0.488 J。该研究为荔枝机械化收获装备切割部件的设计提供了参考。     

免耕播种机有支撑滚切式防堵装置设计与试验

针对玉米秸秆覆盖、留茬地免耕播种时存在根茬和玉米秸秆不易破除等问题,设计一种同时设有被动卧式旋转部件和主动卧式旋转部件的有支撑滚切式防堵装置,通过试验和理论分析的方法分别设计被动切割刀片和主动切割刀片,其中被动切割刀片的刀刃曲线采用等滑切角曲线,主动切割刀片的刀刃曲线采用阿基米德螺线。为确定刀刃曲线最佳参数进行土槽试验,分别对主动卧式旋转刀具和被动卧式旋转刀具进行二次旋转组合试验,运用Design-Expert软件建立各因素与各指标之间的回归方程,得出最佳参数组合为:主动卧式旋转刀具转动速度为120 r/min、主动切割刀片回转半径为240 mm;被动切割刀片回转半径为185 mm,被动切割刀片作业深度为95 mm;并此状态下进行田间验证试验,得出玉米秸秆根茬切断率平均值为91.3%,单把主动刀片功率消耗平均值为145.2 W,该研究可为玉米留茬覆盖地免耕播种机整机设计提供参考。     

玉米螺旋式清选装置的设计与试验

针对传统振动筛存在噪音大、筛分效率不高等问题,该文基于螺旋输送原理设计出一种玉米螺旋式清选装置,装置主要由输送搅龙、料槽、半圆筛片、减速电机、变频器等组成。输送搅龙外径为100 mm,螺距为100 mm,工作长度为2 000 mm,螺旋轴轴径为20 mm,6 mm孔径的筛片开孔率约为40%,16 mm孔径的筛片开孔率约为35%。以筛分效率和破碎率增加值为试验指标,对含水率为14.5%的玉米分别进行大杂清选试验和小杂清选试验。大杂清选试验结果显示,筛分主要在筛片前部分完成,且破碎率随着输送搅龙转速的增加而增加。小杂单因素试验表明,随着输送搅龙转速的增大,筛分效率逐渐增加,破碎率增加值逐渐增大;随着初始填充系数的增加,筛分效率缓慢降低,破碎率增加值逐渐增大;随着输送角度的增大,筛分效率先增加后减小,破碎率增加值逐渐增加。小杂正交试验结果表明,3种试验因素的最优组合为初始填充系数20%,输送角度0°,输送搅龙转速500 r/min;显著性检验结果显示,输送搅龙转速对筛分效率和破碎率增加值的影响均显著（P<0.05）;输送角度对筛分效率和破碎率增加值的影响均不显著（P>0.05）;而初始填充系数对筛分效率的影响显著（P<0.05）,但对破碎率增加值的影响却不显著（P>0.05）。该装置工作过程中噪音较小,运行可靠,筛分效率达到98.5%,试验结果可为后期研发螺旋式清选设备提供参考。     

4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机的研制及试验

针对中国田间育种机械化程度低、缺乏小区育种作业装备的现状,结合国内小区稻麦种植模式和农艺要求,研制出了4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机。对机器整体设计方案进行了描述,并对气力辅助割台装置、脱粒装置、清选装置、气力输送装置等进行了设计,确定其关键参数。该装备采用静液压轮行走装置和全喂入收获方式,可一次完成育种小区稻麦的分禾、扶禾、切割、喂入、脱粒、清选、清种、份量装袋等工序。样机田间小区收获试验表明,该样机作业性能稳定,生产率39.4小区（4.7 m×2.7 m）/h、脱净率99.97%、含杂率1.46%、破碎率0.04%、损失率1%、小区时隔50.94s、混种率0,各项性能指标均达到或超过了设计指标和相关标准。     

龙眼树枝修剪机具刀片切割力的影响因素试验

为降低机械化修剪机具刀片切割力,提高切口质量,该文在自制切割试验台上进行了石硖品种龙眼树枝切割试验。对树枝直径、切割速度、切割间隙、动刀刃角和动刀刃形5因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上选取正交试验的因素水平,进行了刀片峰值切割力正交试验。单因素试验结果表明,刀片峰值切割力均值与树枝直径呈极显著幂函数正相关关系,与切割速度之间呈显著对数函数负相关关系,与切割间隙之间呈显著二次多项式函数关系,与动刀刃角之间呈极显著指数函数正相关关系;外圆弧形刃口刀片切断同样直径的树枝时最省力。正交试验结果表明,切割速度为500mm/min,切割间隙为0.9mm,动刀刃角为10°时,峰值切割力最小为1.58kN。试验结果为设计省力、切割质量好的刀片提供了依据。     

颗粒尺寸对螺旋加料机定量加料性能的影响

为提高螺旋加料机定量加料性能,开展颗粒尺寸对加料量稳定性和准确性的影响研究。以粒径3~5 mm的球形谷物颗粒单圈加料约40 g螺旋加料机为研究对象,基于软球模型,通过对螺旋加料过程颗粒物料力链及颗粒群运动分析,建立具有分料装置的螺旋加料机离散元仿真模型;应用PFC3D(particle flow code in 3dimensions)软件对粒径3、4及5 mm颗粒物料进行螺旋加料过程仿真分析,并以粒径3、4及5mm的球形散珠为试验对象,进行颗粒运动和定量加料试验。综合分析得到:随着球形颗粒粒径的逐步减小,最大接触力逐渐减小,力链分布愈均匀浓密,颗粒间运动的一致性得到提高,物料混合运动趋势逐步减弱,定量加料的稳定性和准确性逐步提高。粒径3 mm球形散珠螺旋加料转动60°,平均加料量为6.477 g,加料量标准差为0.537,加料量最大相对误差为±0.153%。