揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160～300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58～148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10～70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。     

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。     

轴流螺旋滚筒式食用向日葵脱粒装置设计与试验

针对食葵脱粒过程中籽粒表皮划伤严重及未脱净率高等问题,该研究设计了一种轴流螺旋滚筒式食葵脱粒装置。脱粒元件为外径32 mm的螺旋管,对物料在脱粒空间的运移过程进行运动学与动力学分析,确定脱粒元件螺旋管螺旋升角为63°,螺距为2 800 mm。以葵花3638为对象进行台架试验,通过单因素试验探索喂入量、滚筒转速及脱粒间隙对籽粒未脱净率和破损率的影响,根据单因素试验结果,以喂入量、滚筒转速、脱粒间隙为影响因素,未脱净率和破损率为响应指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert软件建立响应指标与影响因素之间的数学模型,基于响应面法进行参数优化,获得脱粒装置在喂入量1.4 kg/s,滚筒转速300 r/min,脱粒间隙35 mm的参数组合下脱粒效果较好,此时未脱净率为0.55%,破损率1.76%。以优化参数组合进行验证试验,结果表明,未脱净率为0.59%、破损率为1.77%,与模型预测值的相对误差均小于5%。该装置未脱净率与破损率均低于现有向日葵脱粒机,满足向日葵机械化收获标准。该研究为食葵机械化收获装备的研制提供理论参考。     

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。     

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。     

单螺杆挤压机对农产品加工因素的优化

在农产品和食品挤压机加工过程中,由于各种因素的变化,对产品的膨化质量有很大影响。通过挤压机螺杆与螺套之间的间隙、螺杆转速和物料含水率的变化,对产品的膨化指数,挤压机的生产率和功耗进行测定,分析在不同工况下挤压的工作情况以及产品特性。试验结果表明,影响试验指标的主要因素是螺杆与螺套之间的间隙,试验因素主次排列为间隙,含水率和转速,其较优组合为螺杆螺套之间的间隙0.75mm,螺杆转速300r/min,物料含水率18％。     

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。     

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。     

油菜联合收获机分离清选差速圆筒筛设计与试验

为减少油菜联合收获机旋风分离清选系统负载和提高清选性能,该文设计了一种与旋风分离清选装置配合使用、可对油菜脱出物进行初步筛分的差速圆筒筛。分析计算了筛网与助流装置转速范围,开展了基于EDEM的性能指标正交试验,以筛分损失率与筛下物清洁率为指标,以筛网转速、助流装置转速和助流装置投影面齿数为影响因素,得出了最佳参数组合,并开展了台架及田间验证试验。仿真结果表明:最佳参数组合为筛网转速35 r/min,助流装置转速80 r/min,助流装置投影面锯齿数6个。台架验证试验表明:整机喂入量3 kg/s、脱出物喂入量为1 kg/s条件下,差速圆筒筛与旋风分离清选装置配合使用,清选系统油菜籽粒总损失率为4.83%,其中筛分损失率为3.97%,清洁率为85.7%,风机转速可降低36.9%。田间试验表明:清选系统损失率平均值为5.9%,籽粒清洁率平均值为84.4%,平均功耗为3.48 kW,差速圆筒筛作业顺畅。该研究可减少旋风分离清选负载,为油菜联合收获机清选系统的结构改进和优化提供参考。     

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。     

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。     

稻秆圆捆机辊盘式卷捆机构的设计及参数优化

为消除中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆时出现的堵塞现象及降低其卷捆功耗,设计了一种钢辊与侧圆盘组合式卷捆机构(简称辊盘式卷捆机构),并以此为基础自制了辊盘式卷捆机构试验装置且进行试验。选择影响辊盘式卷捆机构卷捆性能的主要因素:圆盘直径、钢辊转速、喂入量、长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)为试验因素,以草捆形成率(草捆顺利形成次数与总试验次数的比值)和卷捆功耗为评价指标进行四因素五水平正交旋转组合试验。试验表明各因素影响草捆形成率的主次顺序为圆盘直径喂入量钢辊转速长宽比;影响卷捆功耗的主次顺序为喂入量钢辊0.75100%62.7 kJ/,此时草捆形成率为,卷捆功耗为捆,相比钢辊式圆捆机无堵塞现象发生,卷捆功耗降低。研究结果可为辊盘式圆捆机的结构及作业参数优化提供参考依据。     

颗粒化肥水平气送式螺旋组合可调定量供肥装置设计与试验

为适应不同施肥量要求和实现水平气送式集中排肥器定量变量排肥,该文设计了一种颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置。阐述了颗粒化肥螺旋组合式集中供肥装置的工作原理,基于颗粒化肥的机械物理特性和施肥量要求,提出了倾斜螺旋状型孔结构,确定了其主要结构参数,构建了颗粒化肥组合体在肥料充填区和投肥区的力学模型。应用台架试验研究了螺旋式排肥轮数量和转速对供肥速率及供肥稳定性变异系数的影响。结果表明:倾斜螺旋状型孔结构有利于充肥和排肥;螺旋式排肥轮数量和转速分别为1~4个和10~40 r/min条件下,供肥速率随螺旋式排肥轮数量与转速增加而增加,供肥速率范围为912.67~13 164.26 g/min。螺旋组合式集中供肥装置能适应不同机械物理特性参数的颗粒化肥,3种颗粒化肥的供肥速率之间的差值低于5%。构建了螺旋式排肥轮数量和转速与供肥速率的回归预测模型,在目标施肥量150~750 kg/hm2和拖拉机前进速度2.52~5.88 km/h条件下,供肥速率试验值与模型预测值的偏差在3%以内,供肥稳定性变异系数低于1.0%。田间试验结果表明,颗粒化肥实际施用量与模型预测值相对误差为3.54%。该研究提出的倾斜螺旋状型孔和组合排肥轮结构可满足农业生产的变量、定量集中供肥要求,可为颗粒化肥水平气送式集中排肥器结构设计提供参考。     

叶片式秸秆抛送装置功耗分析与参数优化

为了降低叶片式抛送装置功耗、提高抛送效率,该文采用理论分析与试验研究相结合的方法建立了考虑气流影响的、适合各种叶片倾角的叶片式抛送装置功耗数学模型,并利用虚拟样机进行优化,以抛送功耗最小为目标函数,对抛送装置结构参数、运动参数进行参数化分析.结果表明,叶轮外径700 mm、转速650~2000 r/min时,采用径向叶片、转速为650 r/min时比功耗最小.通过参数化分析得到不同工况时叶片式抛送装置结构参数与运动参数的最佳配置,为实际叶片式抛送装置的设计生产提供较精确的理论依据,并对节能降耗有着重要的现实意义.     

基于EDEM的家用榨油机压榨腔工作性能仿真研究

为改善榨油机出油率,利用CATIA建立压榨腔三维模型,在EDEM中构建家用榨油机压榨腔的破碎仿真模型,采用多指标三水平三因素的正交试验探究家用榨油机压榨腔压榨花生工作性能与榨杆转速、物料投放量、榨杆螺距三者的关系,利用极差法分析影响因素对各指标的主次顺序,通过矩阵分析得到物料颗粒黏结键断裂比例、理论出油率与三因素的各层结构矩阵以及2个指标值的权矩阵,并计算得到各因素各水平的权重。根据权重大小确定各因素对压榨腔总体工作能力影响主次顺序以及最优工作方案。结果表明:物料黏结键断裂比例的影响因素主次顺序为:榨杆转速物料投放量榨杆螺距。随着榨杆转速的增大黏结键断裂比例不断增大;随螺距的增大先减小后增大;随物料投放量的增加不断减小。理论出油率的影响因素主次顺序为:榨杆转速物料投放量榨杆螺距,随着转速的增加理论出油率大小逐渐增加,随着投放量的增加不断减小;随着榨杆螺距的增加而逐渐增加。通过矩阵分析,各个因素对正交试验的指标值影响的主次顺序为:A(榨杆转速)B(物料投放量)C(榨杆螺距),因素A3、B1、C3的权重最大,故压榨腔最佳方案为A3B1C3,即榨油机压榨腔压榨花生最佳工作参数为:榨杆转速80 r/min,单次投放量100粒,榨杆螺距6.3 mm。经验证试验验证,矩阵分析所得最佳工作参数条件下的花生出油率为45.20%,高于其余9组方案,故仿真所得结果具有合理性,为小型家用榨油机改良,油脂工业生产、榨油机械制造业升级奠定理论基础。     

马铃薯联合收获机立式环形分离输送装置设计与试验

为了解决目前国内马铃薯联合收获机分离输送装置存在的分离输送效果差、操控不灵活等问题,设计了一种立式环形分离输送装置。通过对该分离输送装置进行理论分析,确定了其关键零部件的结构和工作参数。以机组前进速度、横向拨送皮带线速度和环形轨道圈转速为试验因素,伤薯率和含杂率为试验指标进行了三元二次通用旋转组合试验,建立了各试验因素与指标之间的数学模型并进行了参数优化。结果表明:影响伤薯率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、横向拨送皮带线速度和机组前进速度;影响含杂率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、机组前进速度和横向拨送皮带线速度;且当机组前进速度为1.1 m/s、横向拨送皮带线速度为1.5 m/s、环形轨道圈转速为7 r/min时,马铃薯收获质量、土薯及杂质分离效果最好,平均伤薯率和含杂率分别为1.28%和2.41%。在最优参数条件下的田间验证试验结果表明,平均伤薯率和含杂率分别为1.46%和2.57%,理论值和试验值相近,符合马铃薯联合收获质量要求。