地下灌溉复合管成型装置设计与试验

为解决黄淮海地区玉米秸秆还田技术中还田机械设备种类单一和玉米秸秆利用率低等问题，设计一种用于地下灌溉复合管成型装置。提出玉米秸秆还田的新方式，将作物秸秆粉碎与土壤按不同比例掺量混合，挤压形成空心圆管状的复合管材，应用时采用一次性浅埋，一年或一季后直接全量还田。依据农机农艺融合，提出装置整体结构设计方案，介绍装置的工作原理，对搅拌部件、螺旋挤压成型部件等关键部件进行设计，计算挤压成型部分物料输送功率，确定满足工作的结构要求及满足农艺要求的装置结构。基于自主搭建的试验平台，进行玉米秸秆复合管成型试验。台架试验表明：在含水率20%~26%的区间中，保证玉米秸秆复合管满足性能要求，即复合管密度不小于1.30 g/cm3时，随着含水率的递增，玉米秸秆成型密度先递减再递加，且成型密度离散性越来越小，玉米秸秆复合管性能更加稳定。当混合物含水率在26%，绞龙轴转速在488 r/min，物料喂入量在170 kg/min时，既保证玉米秸秆复合管出料的连续性，且出料速度相对较快。满足玉米秸秆全量还田的农艺要求，为玉米秸秆还田的发展提供技术参考。     

基于螺旋压缩成型的秸秆还田机具设计及试验

针对黄淮海地区玉米秸秆还田机械设计中出现的模式单一和不能实现全量还田等问题,探究了一种能使秸秆全量还田的螺旋压缩成型并开沟掩埋的作业方法,并结合现有的4JQH-200粉碎还田机具设计了一种能实现根茬粉碎捡拾、二次粉碎、螺旋压缩成型和开沟掩埋的秸秆还田机构。其核心部件为螺旋搅龙压缩机构,由5片渐变螺距和螺径的叶片组成,叶片螺径最大值和最小值分别为398mm和85mm,螺距最大和最小值分别为200mm和100mm。秸秆压缩台架试验表明:秸秆粉碎初期含水率为70.05%时,该机构的输送能力为8.756t/h,输送功率为0.8kW/h。田间试验表明:田间秸秆经过放置后含水率为30.03%时,机构的捡拾率为82.99%,挤压合格率为93.33%,满足秸秆全量还田的农艺要求,不会增加额外的费用,可为后期秸秆还田机械的发展提供数据支撑。     

螺旋输送装置输送玉米秸秆功耗研究

为了降低螺旋输送装置的输送功耗,提高输送效率,通过理论分析和试验研究,建立了不同输送条件下螺旋输送粗饲料功耗的数学模型,试验研究了螺旋转速及喂入量对输送装置的输送功耗和比能产量的影响。试验结果表明:转速每增加10r/min(喂入量为定值),输送装置的输送功耗增大5~9W,喂入量每增加0.1kg/s(转速为定值),输送功耗增大10~12W;同时得知:输送含水率约24%的揉碎玉米秸秆(揉碎玉米秸秆的应用场合所要求的含水率范围为23%~75%)的最佳转速为120r/min,最佳喂入量为0.88kg/s,此时的比能产量为最高0.704~0.714kg/W。在此基础上,研究被输送物料的力学特性随含水率的变化情况及对输送功耗的影响。研究结果表明:物料的含水率每增加10%,其滑动摩擦角增大3°~5°,内摩擦角随含水率的增大呈先增大再减小的变化趋势,在一定的喂入量和转速下输送时输送功耗增大7~9W。     

农业物料的压块试验研究

以9KS304颗粒压块机为设备,对玉米秸秆进行压块试验.通过试验分析环模与压辊的间隙、环模的转速,物料的含水率对成型物湿密度、干密度、生产率和功率的影响,找出最佳含水率、最佳间隙和最佳转速.结果表明:第一影响因素为环模与压辊的间隙,第二影响因素为环模的转速,第三影响因素为物料的含水率;同时,可以找到生产率最高、湿干密度较高、成型质量较好以及消耗功率较低条件下的3个影响因素的最佳值.     

立式螺旋装置自走式饲喂机出料性能分析与试验

出料量的精确控制是实现自动饲喂的关键技术之一。为了获得自主研制的立式螺旋装置自走式饲喂机出料量、螺旋装置转速和出料口面积大小的关系,实现自动饲喂出料量的精确控制,通过理论与试验分析,获得了不同物料出料量的影响因素及不同螺旋装置转速下出料量与出料口面积大小的数学模型。研究结果表明:(1)玉米秸秆的自重较小,物料间易相互缠绕,影响出料量的主要因素为出料口大小,随着螺旋装置转速增大,螺旋装置转速对出料量的影响增大;(2)颗粒饲料自重较大,摩擦阻力小,影响出料的主要因素为重力作用;(3)当螺旋装置转速在100～160r/min范围内、出料口面积达到3/4(42cm~2)前,随着出料口面积增大,玉米秸秆出料量呈线性变化,在3/4出料口面积之后不受出料口面积变化影响;(4)当螺旋装置转速在100～160r/min范围内,随着出料口面积的增大,颗粒饲料出料量呈指数增加,且随着螺旋装置转速增大,逐渐趋近一条直线。     

玉米秸秆丝化压缩临界成型条件试验

因玉米秸秆丝化压缩成型不同于一般物料的粉碎制粒和压缩打捆,因此通过自制压缩成型模具和计算机控制的电子万能试验机对丝化后的秸秆物料进行压缩成型试验,研究了不同物料尺寸、不同含水率及不同压缩方式对丝化后玉米秸秆成型块松弛比的影响。研究结果表明:考虑到用途和功率消耗因素,玉米秸秆丝化压缩成型的最佳含水率应控制在10%~20%范围内,使用多频快速压缩(压缩速度500mm/min,连续压缩5~8次),玉米秸秆丝化压缩成型的最小压力为6.22MPa,否则要应用更大的压力才能成型。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和压缩成型后产品的特性研究具有重要参考意义。     

秸秆深施还田机设计及其深施量的试验研究

为缓解我国秸秆焚烧及废弃所带来的资源浪费和环境污染等问题,设计了秸秆深施还田机,可一次完成秸秆捡拾、切碎和深施还田作业。同时,对其秸秆深施装置的秸秆深施量进行了正交试验研究,试验结果表明:秸秆含水率对秸秆深施量影响较大,深施螺旋转速次之,秸秆长度影响较小;秸秆深施量随深施螺旋转速的增大而增加,随秸秆长度和秸秆含水率的增大而减少。在该试验条件下,深施螺旋转速为540r/min、秸秆含水率为1 0%、秸秆长度为5 mm时,秸秆深施量最大。     

秸秆含水率对压块机功耗的影响

秸秆含水率是影响压块成型的重要因素之一.为了提高秸秆压块产品的生产率,降低压块机的功率,本试验以玉米秸秆为试验物料,选取5个水平含水率,在9YK-0.4D秸秆压块机进行试验.采用CLHGM-1型应变式压力传感器测取压块机工作时压辊把物料从环模孔压出时的最大挤出力,在电机上安装E6B2-CWZ3E型号的增量型编码器,通过变频器获取压块机消耗的功率.试验结果表明,物料含水率为29%时压块机消耗的功率较小,草块成型较好且密度较高.     

玉米秸秆深埋还田机螺旋开沟装置参数优化与试验

在中国东北地区棕壤土玉米的生产过程中,通过秸秆深埋还田的方法,打破犁底层,在增加深层土壤肥力、蓄水保墒和构建合理耕层结构的同时,解决了秸秆有效处理问题。1JHL-2型秸秆深埋还田机能够对覆盖在地表的秸秆一次性完成粉碎、收集、开沟和掩埋作业。为了解决其开沟阻力大、整机受力不均和前进直线性差等问题,对其螺旋开沟装置进行了参数优化设计。针对开沟过程中叶片易粘土堵塞等问题,对螺旋开沟装置的螺旋叶片表面进行了仿生优化设计。通过动力学分析,确定出螺旋开沟装置的最佳结构参数。以玉米秸秆深埋率、开沟功耗和机组直线行驶最大偏移量为试验指标,以机具前进速度、开沟器转速和开沟深度为试验因素,进行三元二次回归正交旋转组合试验。试验结果表明:螺旋开沟器的最佳工作参数组合为:前进速度1.04 m/s、开沟器转速275 r/min、开沟深度28.5 cm。在最优参数组合下,田间试验验证表明:秸秆深埋率的均值为92.03%,开沟功耗均值为17.7 k W,机组直线行驶最大偏移量为74 mm,满足玉米秸秆深埋还田技术要求。     

卧辊式玉米秸秆调质装置调质功耗试验

为研究卧辊式玉米秸秆调质装置作业参数影响功耗的规律,利用自主研制的秸秆调质装置试验台和功率测控系统,基于电功率差值法对摘穗后玉米秸秆进行压裂、破节的连续调质正交试验,分析了调质辊工作间隙、调质辊转速及秸秆喂入速度对秸秆调质功耗的影响.结果表明:调质间隙对秸秆调质功耗影响显著;参数组合为调质间隙2.5mm、调质辊转速88～95 r/min、秸秆喂入速度3.3 ～ 4.0 km/h时,满足秸秆调质性能和降低功耗的要求.     

秸秆混肥还田机设计与试验

东北地区玉米秸秆产量大,秋季玉米收获后可还田作业时间短、秸秆腐烂慢,为秸秆还田带来困难。为满足东北地区秸秆快速还田和腐烂要求,研制了一种秸秆混肥还田机,可将粉碎秸秆或站立秸秆切碎收集,并与N肥混合后被输送到还田机的一侧,或成条堆放在田间,或喂入到由铧式犁开出垄沟内。利用三维软件SolidWorks对秸秆粉碎捡拾和输送装置进行了参数设计和实体建模,利用有限元ANSYS Workbench对所设计的粉碎刀进行静力学分析验证了其结构的合理性,并通过分析粉碎刀的秸秆粉碎过程和运动轨迹确定了当粉碎刀受力最小时的最佳排列方式。试验结果表明:当秸秆粉碎捡拾装置转速为2250r/min、还田机前进速度为1.27m/s时,秸秆还田率为95%,秸秆剪切长度合格率为95.5%,秸秆混肥不均匀度为20.5%,作业性能达到了设计要求,可为秸秆混肥还田机的改进设计提供参考。     

螺旋齿辊式秸秆调质装置性能试验

利用所研制的螺旋齿辊式秸秆调质装置试验台,采用调质齿辊差速转动方式对摘穗后玉米秸秆进行压裂、破节的连续调质正交试验,分析了调质齿辊工作间隙、调质齿辊转速及秸秆喂入速度对秸秆调质性能的影响.试验结果表明,调质齿辊工作间隙对秸秆调质作业性能影响显著,最优参数组合为调质齿辊工作间隙2 mm,调质齿辊转速65 r/min,秸秆喂入速度4 km/h.     

秸秆多级连续冷辊压成型参数优化与试验

为得到秸秆多级辊压成型机压缩较低含水率玉米秸秆时的最优成型参数,探索成型参数对成型结果的影响规律,基于Design-Expert BBD（Box-Behnken Design）试验设计方法及原理,以玉米秸秆含水率、玉米秸秆破碎长度和成型机末级辊转速为试验因素,以成型块回弹率、密度和成型能耗为试验指标,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与成型块回弹率、密度、成型能耗之间的数学模型,并分析了各因素显著交互作用对试验指标的影响规律。结果表明：成型机在压缩玉米秸秆时,各试验因素对成型块回弹率的贡献率从大到小依次为：末级辊转速、破碎长度、含水率;各试验因素对成型块密度的贡献率从大到小依次为：破碎长度、末级辊转速、含水率;各试验因素对成型能耗的贡献率从大到小依次为：末级辊转速、破碎长度、含水率。在末级辊转速为1.07r/min,含水率为21.5%~25.0%,破碎长度为64~108mm时,可获得成型块回弹率小于7.0%,成型块密度大于350kg/m3,成型能耗小于16.0kW·h/t;参数优化得到最优成型参数为：含水率24.26%、破碎长度73.25mm、末级辊转速1.07r/min,此时成型块回弹率为6.32%,成型块密度为375.6kg/m3,成型能耗为15.89kW·h/t。 研究结果可为秸秆多级连续冷辊压成型提供理论依据和技术支撑。     

秸秆粉碎集中全量深埋还田机设计与试验

针对我国玉米秸秆量大,生产应用的还田机具还田深度浅,存在影响后续播种、出苗质量、病虫害发生率高和深层土壤“碳饥饿”等问题,设计了一种秸秆粉碎集中全量深埋还田机,可一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送、深松开沟、集中遁注掩埋和碎土镇压等作业,在有效减少土壤扰动下能够将多行站立或粉碎后秸秆集中埋入地表下一条深380～400mm的沟内。阐述了秸秆粉碎集中全量深埋还田机整机结构及工作原理,对秸秆螺旋输送装置、抛压风机、深松开沟遁注装置和传动系统等关键部件进行了设计与计算,初步确定了螺旋输送装置与抛压风机转速、风机出料口尺寸和遁注体截面形状参数,并对抛压风机与遁注体腔体内部进行了流场模拟分析与验证。按照设计要求对秸秆粉碎集中全量深埋还田机进行了试制,并进行了机具性能与大田定位试验,结果表明：在作业速度3km/h时,秸秆捡拾率为90.8%,开沟深度与秸秆掩埋深度均值分别为394mm与200mm,开沟深度与秸秆掩埋深度稳定性系数分别为97.4%和92.5%,各项指标与设计值相符,且满足农艺要求。同时大田定位试验结果表明,秸秆集中深还田与传统还田相比,0～200cm土壤贮水量提高29mm,20～40cm土层有机碳、全氮和速效磷养分含量分别增加7.14g/kg、0.59g/kg、1.53mg/kg,有效增加了土壤养分含量,提高了深层土壤肥力与贮水能力。     

秸秆铡切揉搓装置优化设计与试验

利用自行设计的秸秆铡切揉搓试验台,以刀刃形状、喂入速度、锤片数量和主轴转速为变量,对含水率约为75％的玉米秸秆进行四因素三水平正交试验,得出该铡切揉搓装置的最优组合参数为:主轴转速为1 000 r/min、刀齿为多齿、锤片数量3个、喂入速度为0.88 m/s.该机构揉搓高水分玉米秸秆时,破节率大于96％,揉搓效果好.将传统的凸型刀刃加工成锯齿形状,可以提高揉搓机构生产率.     

玉米秸秆还田机械的设计

为进一步提高玉米秸秆还田机械的整机性能,对其结构及性能参数如刀轴转速,刀轴动平衡校核,切碎刀倾角、排列密度、排列方式,功率消耗进行分析计算．为设计安全高效的玉米秸秆还田机械提供理论参考。     

切碎玉米秸秆螺旋输送性能试验研究

在水平螺旋输送试验装置上对切碎玉米秸秆的螺旋输送性能进行了单因素试验和正交试验,研究了螺旋轴转速、填充系数和螺距对输送量和功率消耗的影响。单因素试验结果表明:螺旋轴转速、填充系数和螺距对输送量和功率消耗的影响显著;且随着螺旋轴转速、填充系数和螺距的增大,输送量和功率消耗都呈上升趋势。正交试验结果表明:因素对输送量影响的主次顺序是螺距、填充系数、转速;因素对功率消耗影响的主次顺序是转速、螺距、填充系数。采用综合平衡法最终得到的较优水平组合是A1B1C3,即螺旋轴转速56r/min、填充系数0.3、螺距3 0 0 mm。本试验可为提高玉米秸秆螺旋输送综合质量提供参考。     

秸秆营养生长基成型装置的设计与试验

针对干旱区因水肥不足导致修复物种难以成活的问题,研发了营养生长基及其成型装置。以农作物废弃物为主要原料,采用三级螺旋挤压工艺,设计了相应的成型装置,并通过对主要原料牛粪有机肥和秸秆成分进行二次正交旋转组合试验,筛选最适宜成分配比。试验研究表明:生长基原料牛粪有机肥与秸秆按15:1的比例混合,物料的含水率在15%左右,成型率最高达98%,且成型装置自动化连续切断中空的营养生长基时能够不影响营养生长基紧实度,降低了生长基的使用破损率,生产效率高,制作成本低,为高效批量生产营养生长基奠定了基础。     

挤压膨化对玉米秸秆中木质素含量的影响

通过五因素五水平正交旋转组合试验,研究了挤压膨化系统参数(模孔间隙、螺杆末端至模板内表面的距离、套筒温度、螺杆转速和物料含水率)对挤压膨化后的玉米秸秆木质素含量的影响规律,为秸秆纤维生产酒精挤压膨化预处理工艺提供了参考依据.     

秸秆螺旋喂料装置工作性能的试验研究

为了深入研究秸秆膨化技术,完善膨化设备的功能,研制了秸秆螺旋喂料装置,并对其工作性能进行了试验研究.结果表明:该装置结构简单,操作方便,能够满足不同粒度和不同含水率的秸秆物料喂料要求.通过单因素试验,考察了试验指标与螺旋转速、螺旋螺距、秸秆含水率和秸秆粒度的关系,为生产过程中的喂料量调节和秸秆膨化设备整体结构优化提供了一定的参考.