射流式水田株间除草装置设计与试验

针对水田株间除草作业劳动强度大、株间除草率低、易损伤秧苗等问题,提出一种水射流除草方法,以此设计了一种射流式株间除草装置。首先通过理论分析与参数计算确定了射流倾角为31°,喷嘴直径为0.004mm,运用动量守恒定理、粘性流体力学和土力学原理进行分析,建立了喷嘴临界破土压力模型,得出喷嘴临界破土压力为0.53MPa。进行水稻根系抗冲断极限水压试验,确定了喷嘴出口压力上限为1.5MPa。进行台架试验,选取装置前进速度和喷嘴出口压力为试验因素,以除草率为试验指标,采用二次正交旋转组合设计,建立了试验指标与影响因素回归模型。运用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据分析并进行验证试验,结果表明,当装置前进速度为0.3m/s,压力为1.5MPa时,除草率为90.62%。满足水田机械除草作业农艺和技术要求。     

番茄链式纸钵苗移栽机分离机构设计与优化试验

为实现番茄链式纸钵苗高速、有序、高效分离、降低纸钵苗破损率,设计了一种分离辊角度可调差速式番茄链式纸钵苗移栽试验台。以引出速度、分离轮与引出轮速比、分离轮倾角为试验因素,以钵苗分离率、纸钵破损率为评价指标,实施三因素五水平二次正交旋转中心组合优化试验。结果表明,各因素对钵苗分离率影响由大到小为分离轮倾角、引出速度和分离轮与引出轮速比;对纸钵破损率影响由大到小为分离轮与引出轮速比、引出速度和分离轮倾角;当参数组合为分离轮倾角18°、引出速度8~10 m/min、分离轮与引出轮速比2.5~4.6时,番茄链式纸钵苗移栽分离机构的钵苗分离率大于90%,纸钵破损率小于5%。     

鲜莲子通芯机的设计与试验

莲子广泛种植于中国,传统的鲜莲子去芯都是手工加工,费时费力。鲜莲子头尾有别,只有从莲子的头部去芯才能得到完整的莲芯,这给鲜莲子去芯机械带来了非常大的困难。为解决鲜莲子去芯难的问题,设计了一种鲜莲子通芯机,利用槽轮机构实现机构的间歇运动,通过进料装置进行逐个进料,夹持机构夹紧莲子,磁力牵引装置驱动滚轮旋转使得莲子方向定正,利用色标传感器进行头尾识别,识别后气缸驱动空心针以及集芯管相向运动,从而使得莲子前后夹紧,同时电磁水阀打开,高压水将莲芯完整地冲出到集芯管,完成去芯作业后,机器运转到落料工位自动落料,从而实现进料落料一体化加工,极大地减轻了劳动强度。试验结果表明:该机作业性能稳定,通芯率、损伤率、吨料电耗和生产率平均值分别为91.0%、2.2%、46.4 kW·h/t、25.3 kg/h。总体来说,该机适用于莲子通芯的机械化作业。     

组合式大蒜柔性去皮装置设计与试验

为解决去皮率低、蒜仁易损伤等问题,设计了一款组合式大蒜柔性去皮装置。通过浮动搓擦单元分离蒜皮,振动机构完成输送,蒜瓣经过浮动搓擦、振动梳刷及气吹等组合作用完成柔性去皮。结合大蒜的物理机械特性,设计了搓擦机构、振动机构、梳刷机构、气吹机构等关键部件;通过对蒜瓣在浮动搓擦单元和振动筛内的动力学分析,确定了影响去皮性能试验的主要因素和取值范围。以搓擦筒轴转速、梳刷间距和曲柄转速为试验因素,以去皮率和损伤率为试验指标,进行三因素三水平响应面试验,求得搓擦筒轴转速、梳刷间距和曲柄转速的最优参数组合并进行了试验验证。试验结果表明最优参数组合为：搓擦辊轴转速70.73 r/min、振动频率6.68 Hz、梳刷间隙18.00 mm;最优参数组合下,蒜瓣去皮率为93.68%、损伤率4.40%,试验验证结果与优化结果相对误差均小于5%,满足大蒜去皮要求。     

联合收割机V带传动结构参数优化设计

建立了以V带传动小带轮直径和中心距最小为追求目标,以带速、包角、中心距、带的根数和小带轮直径等为约束条件的优化数学模型.求解时,首先采用线性加权和的方法建立评价函数,然后利用Matlab软件优化工具箱提供的'fmincon'函数进行优化计算.优化结果显示,优化后小带轮直径和中心距明显减小,V带传动更紧凑.     

全自动鲜莲子剥壳去膜机设计及试验

鲜莲子存在着明显的地域差异、品种差异和成熟度差异,鲜莲子剥壳去膜机在不同地区使用时需要根据加工效果对各工作部件参数进行实时调节。针对目前市场上的鲜莲子剥壳去膜机传动复杂、各工作部件相互关联调节困难等问题,将鲜莲子剥壳去膜机进行模块化、电气化设计。首先根据鲜莲子剥壳、去膜工序要求,将整机分为进料装置、剥壳装置和去膜装置3个工作模块,各个模块均采用独立的变频调速电机驱动并采用变频器、继电器、光电开关进行信号检测与控制。然后对各个作业装置进行结构设计与计算。最后进行整机剥壳、去膜试验,试验表明:该机平均加工合格率为91.5%,破损率为2.5%,加工速率约为58颗/min,加工效率约为15.4 kg/h。该文设计的全自动鲜莲子剥壳去膜机结构简单、工作参数调节方便,为后续整机工作参数优化、性能提升打下良好的研究基础。     

马铃薯挖掘机升运分离过程块茎损伤机理分析与试验

针对马铃薯挖掘机升运过程马铃薯块茎机械损伤严重的问题,通过对马铃薯升运过程进行运动学分析和撞击过程能量学分析,建立了损伤能量的数学模型,确定了影响马铃薯机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。以损伤综合指数和伤薯率为评价指标,以跌落高度、二级升运链倾角和二级升运链线速度为试验因素,进行二次正交旋转回归试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,分析各因素对评价指标的影响规律,根据回归模型进行参数优化。结果表明,当二级升运链线速度1.42 m/s、二级升运链倾角27°、跌落高度220 mm时,损伤综合指数为0.43,伤薯率为3.6%,明显低于未经参数优化的马铃薯挖掘机薯块机械损伤情况,满足马铃薯收获作业要求。     

苹果采收平台输送装置设计与优化试验

针对国内苹果园人工采收效率低和损伤率高的问题,设计了一种苹果采收平台输送装置,实现苹果自动输送作业。首先通过对苹果输送过程进行运动学分析,确定影响苹果机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。其次根据Box-Behnken试验设计原理,以输送速度、果托倾角、果托形状为试验因素,以损伤率为试验指标,对苹果采收平台输送装置的作业参数进行试验研究,建立试验指标与试验因素之间的回归模型。最后分析了各因素对试验指标的影响规律,并根据回归模型对试验因素进行综合优化。试验结果表明：当输送速度为0.2m/s、果托倾角为30°、果托形状为圆台体时,苹果损伤率为3.69%,苹果机械损伤明显低于未经参数优化的苹果采收平台输送装置,输送作业效果最好。研究结果可为苹果园采收平台的结构优化和输送作业参数控制提供参考。     

平贝收获机工作参数优化研究

优化平贝收获机工作参数是提高平贝收获质量的关键。首先对平贝收获机振动机构进行运动分析,通过Matlab优化工具箱对振动机构的偏心轮角速度和偏心距进行优化。并以收获机的挖掘深度、筛网倾角、运行速度为自变量,采用响应曲面法中的中心组合设计方法,研究各自变量及其交互作用对收获损失率和损伤率的影响。通过响应曲面优化法计算得到最优的工作参数:挖掘深87.14 mm,筛网倾角9°,行进速度3.35 m/s。此工作条件下平贝实际损失率为1.75%,损伤率为1.71%。     

大蒜联合收获机浮动式夹持装置设计与试验

针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求,为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率,设计了一种浮动式夹持装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析,明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型,并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数,明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素,以成功率和损伤率为试验指标,用Design-Expert软件进行试验数据分析,由Origin软件生成3D响应曲面,得到各因素对指标的影响次序。结果表明,当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2 N/mm、83 mm和520 mm/s时,装置性能最优,夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证,试验与优化结果基本一致,满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。     

鲜食莲籽剥壳机多通道集成式剥壳机构设计与试验

针对鲜食莲籽剥壳加工困难、损失率高的问题,设计了一种多通道集成式剥壳机构。该机构由多通道仿形凹槽轮、外刃齿板、内外刀盘等结构组成,可实现莲籽单粒排出、姿态调整与环切。仿形凹槽可保护莲籽避免因刀具切割、输送挤压而带来的破损。对剥壳机构工作过程进行理论分析和参数计算,确定了影响剥壳性能的主要结构和工作参数。采用EDEM离散元软件仿真分析了齿形结构、刃齿间距、齿间距、剥壳轮转速对莲籽排出、姿态调整的影响;采用ADAMS虚拟样机软件对莲籽在剥壳机构内的运动轨迹进行了仿真。根据理论计算与仿真结果完成了样机试制,并在样机上开展试验验证。以产自湖北省洪湖市的含水率大于64.2%的太空莲36号鲜莲籽为试验对象,以齿形、刃齿距、齿间距为影响因素,以剥壳率为评价指标,开展了三因素拟水平正交试验,结果表明对剥壳率的影响由大到小依次为齿形、齿间距、刃齿距,最优因素水平组合为向心齿、齿间距5 mm、刃齿距82 mm,在此条件下,剥壳率为97%。设计的剥壳机构能够满足乳熟期、蜡熟期莲籽剥壳的实际生产需要。     

干壳莲子剥壳机及刀具参数研究

根据干壳莲子加工的现状,设计了莲子脱壳机,介绍了整机的主要结构特点;以提高剥净率,降低破碎率为目的,采用正交试验方法,对剥壳刀具的参数进行了试验研究.同时,探讨了剥壳刀具刀齿的刃角 ,齿间距 ,剥壳力对剥净率、破碎率的影响.通过数据分析,得到较优参数组合.     

6P-400型荞麦脱皮机设计与试验

针对荞麦脱皮机脱皮率低、整仁率低等问题,设计了一种卧式滚筒荞麦脱皮装置。采用柔性脱皮元件,与滚筒间形成大间隙配合,来实现对荞麦籽粒的撞击、揉搓和挤压作用,完成脱皮过程。在对甜荞籽粒结构参数和破皮压力进行测试的基础上,分析了该装置的脱皮过程及机理。以转速和喂入量为试验因素,荞麦籽粒脱皮率、半仁率和整仁率为试验指标,完成单因素试验和正交试验。单因素试验表明:转速1 200 ~1 300 r/min时,脱皮率达到80%以上;喂入量0.09~0.11 kg/s时,半仁率和整仁率分别为45%和15%。运用Design-expert 8.0软件对正交试验进行数据处理和响应面分析,确定最优参数为转速1 200 r/min、喂入量0.09 kg/s。对最优参数重复3次验证试验,结果取平均值得到脱皮率82.5%、半仁率50.8%、整仁率16.3%,误差较小,模型预测可靠。      

基于离散元法的种子玉米剥皮过程籽粒损失分析与试验

种子玉米在剥皮过程中存在大量的籽粒破碎、脱落等损失问题,严重影响种子玉米的单产与经济效益。因此,本研究采用理论分析、离散元仿真与正交试验相结合的方法,探究种子玉米果穗与剥皮机构的互作机理,确定剥皮机构的最优工作参数组合以优化种子玉米剥皮过程。首先,对种子玉米果穗在剥皮机构中的受力及运动进行了理论分析,探究了在剥皮过程中剥皮机构-种子玉米的相互作用关系,并确定了影响剥皮性能的主要因素。其次,基于DEM建立种子玉米果穗-剥皮机构相互作用仿真模型,通过对玉米果穗籽粒损伤及脱落分析,确定了剥皮辊转速、剥皮辊倾角和摆杆摆幅的较优工作范围。最后,根据Box-Behnken设计方法,设计了三因素三水平的正交试验,通过方差分析和响应面分析,筛选出种子玉米剥皮机构的最佳工作参数组合：剥皮辊转速为300r/min,剥皮辊倾角为10°,摆杆摆动幅度为5°,此时苞叶剥离率为94.13%,籽粒脱落率为1.564%,籽粒破碎率为1.292%。试验获得的剥皮装置的最优工作参数组合,明显提高了种子玉米的剥皮效果。     

刀削结合滚动摩擦进料竹笋剥皮机设计与试验

针对目前我国竹笋剥皮机械化程度低的问题,设计一种刀削结合滚动摩擦进料竹笋剥皮机。根据竹笋物理特性参数和人工剥笋原理,对竹笋剥皮过程进行力学与运动学分析,确定了影响剥皮效率、损伤率和剥净率的主要因素为刀片安装倾角、剥皮辊转速以及滚筒与剥皮辊轴心高度差,在此基础上,给出了竹笋剥皮机关键部件的设计依据。为获得样机最佳试验物料,以竹笋长度、基部直径作为试验因素进行单因素试验,确定长度为300～320mm、基部直径为29～32mm的竹笋作为剥皮机正交试验物料样本。利用Design-Expert软件设计三因素三水平正交试验,并结合实际工作情况确定最优参数组合,结果表明：当刀片安装倾角为30.12°、剥皮辊转速为229.18r/min、滚筒与剥皮辊轴心高度差为15.43mm时,笋肉损伤率为6.81%,笋皮剥净率为94.59%。在该条件下开展验证试验,得到损伤率、剥净率分别为7.10%、93.22%,与优化参数基本一致,满足剥笋要求。     

莲藕柔性脱皮试验研究

阐明了柔性脱皮原理,建立了莲藕脱皮数学模型,优化了柔性脱皮装置的结构和运动参数,分析了各参数对脱皮性能的影响规律。试验结果表明,柔性脱皮装置的未脱净率和损伤率均较低,在生产实践中,用此装置代替手工脱皮作业,可提高生产效率,降低劳动强度。     

双刀型哈密瓜削皮机的改进与回归试验

为提高哈密瓜的去皮率,同时降低哈密瓜两顶端的残留量,设计改进一种内圆弧式的定位叉结构。同时针对抱果夹机构安全性的问题,把夹持块结构改进为抱抓型,以增强人工作业过程中的安全性。为确定驱果电机转速频率、削刀电机转速频率和入切角的最佳值,采用SPSS软件对这三个参数进行多元线性回归分析,建立多元线性回归数学模型,通过回归试验得出试验因素与试验指标之间的回归方程,并确定试验因素参数的最佳值:驱果电机转速频率为32 Hz,削刀电机转速频率为25 Hz,入切角为26°。试验结果表明:双刀式哈密瓜削皮机的去皮率达到89.1%以上,平均去皮率为91.1%,满足企业的实际加工要求。     

圆台格盘式马铃薯育种试验播种机设计与试验

针对我国马铃薯育种试验播种作业效率低,以及株距均匀性差导致的育种试验播种精确性无法满足育种要求等问题,设计了一种采用圆台格盘式排种装置的马铃薯育种试验播种机,使种薯从同一位置进行排种,从而提高株距均匀性。并以株距合格率和株距均匀性变异系数为评价指标,对种薯在排种、导种和落地后的运动状态进行了分析,得出影响上述指标的因素为拖拉机前进速度、格盘投种高度、落种口初始位置与机器前进速度方向夹角;并基于旋转回归正交试验,建立了评价指标与影响因素间的回归模型,得出试验指标最佳时的因素范围;通过田间验证试验得出当拖拉机前进速度为0.14m/s、格盘投种高度为0.64m、落种口初始位置与机器前进速度方向夹角为18.24°时,株距合格率为87.1%,株距均匀性变异系数为13.4%,各项性能指标均满足国家标准要求。     

大功率莲藕采收机的研制

提出了一种新型的大功率莲藕采收机,结合了铲掘式和喷流式两种采藕方式,采用特殊定制的底盘加高式履带拖拉机,利用车体前端铲斗配合高压水枪将莲藕与淤泥分离,并通过车体底盘下端输送系统与车体后端收集系统对莲藕进行采集。对莲藕采收机整体的功率消耗类比旋耕机及推土机功耗进行了计算,进行了冲水系统的流量计算及水泵的选型。加工样机在藕田中完成田间试验,结果表明:最大行进速度3m/min,挖掘幅宽大于2.2m,平均工作效率396m^2/h,远大于人工采藕效率,且工作稳定,性能优良,可有效对40cm以下水深的浅水藕塘进行莲藕挖掘。     

花生捡拾联合收获机捡拾装置参数优化及试验

为了提高花生捡拾收获机捡拾机构的作业质量,提高捡拾率,降低落果率,在已有研究基础上,以机器前进速度、弹齿回转速度、齿尖弯曲角度为影响因素,以捡拾率和落果率为考察指标,运用Box-Benhnken中心组合试验方法对捡拾收获机捡拾机构的工作参数进行了试验研究,建立响应面数学模型,分析了各影响因素对作业质量的影响,对相关参数进行了综合优化。结果表明:各因素对捡拾率影响显著顺序依次为回转速度、前进速度、弯曲角度;对落果率影响显著顺序依次为前进速度、回转速度、弯曲角度;最优参数组合为前进速度为0.8 m/s、回转速度5.0 rad/s、弯曲角度1 6 5°,捡拾率为9 9.3 6%,落果率为0.5 8%。