基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置研制

手提式挖坑装置钻头旋转动力源于汽油机,而钻头升降则需要人工手动完成。该文基于三星齿轮换向原理设计了齿轮换向机构,通过调整换向手柄的位置,即可将汽油机单一动力方向转换为正反2个方向,实现了丝杠螺母机构中螺母轴的正反转。挖坑装置工作时汽油机一部分动力带动螺旋钻头旋转,一部分动力经带传动机构、齿轮换向机构带动丝杠螺母升降机构进行往复运动,从而实现了钻头主动、匀速进行挖坑作业,提高了挖坑作业质量,挖坑作业完成后,回程能够自动复位。自动升降挖坑装置在挖坑作业过程中,仅在换向时需要人工操作,手动换向操作时间仅为2 s,占单坑作业总时间的3.5%,在挖坑作业进给行程和复位行程中,均无需人工操作,大大降低了劳动强度。基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置田间单次作业平均挖坑时间为57 s,平均坑深237 mm,平均坑口直径300 mm,挖坑质量满足后续施肥作业要求。此外,增设换向手柄中间限位孔,防止在挖坑作业进给过程中,钻头遇到较大石块或树根,丝杠螺母升降机构突然卡死,暂时切断汽油机向丝杠螺母升降机构的动力传递路径,起到对系统的保护作用。     

生物质秸秆压块机盖体开合机构设计分析

现有生物质压块机盖体开合机构多采用液压缸直接推动盖体的开启、闭合,存在开启角度小,影响喂料,液压缸尺寸较大,结构不紧凑等缺点。论文对生物质（秸秆）压块机盖体开合机构进行改进设计,采用液压缸驱动曲柄摇杆机构实现盖体的开启、闭合,利用机构死点提高盖体闭合时的稳定性,使盖体开合平稳,运动可靠。通过采用辅助圆法设计计算,分析了曲柄摇杆机构的运动,建立了机构模型。通过机构仿真,实现了机构预期的运动要求。     

耙齿式残膜回收机自动脱膜机构设计

针对耙齿式残膜回收机回收残膜后缺乏自动脱膜机构的现状,设计了耙齿式残膜回收机自动脱膜机构.分析平行四连杆脱膜机构的运动稳定性可靠性及脱膜顺畅性,设计液压装置进行脱膜,并在试验的基础上优化机构,对不同形式刮板进行试验及分析并最终设计适合耙齿式残膜回收机的“倒八字”型刮板.针对影响自动脱膜机构工作效率的关键部件和影响因素分析其运动及受力情况,对“倒八字”型刮板进行影响因素的响应面分析.可得齿板距、刮板角度、脱膜夹角为显著影响的因素,且影响强弱关系为齿板距＞刮板角度＞脱膜夹角.综合考虑后得到的最佳参数组合为齿板距2mm、刮板角度70°、脱膜夹角60°.该研究可为相关设备的设计提供参考.     

分层交错式葡萄防寒土弧形清土叶轮的设计与试验

针对目前中国北方葡萄防寒土清土部件作业功耗高和相关理论研究较少的问题,设计了一种葡萄防寒土弧形清土叶轮,主要由花键连接轴套、叶轮轴、弧形叶轮片和叶轮片连接板等组成,采用分层交错式结构,以十字交叉形式排布。首先,依据中国北方葡萄防寒土清除农艺要求,确定弧形清土叶轮的外形尺寸和叶轮片数量。通过理论分析弧形清土叶轮的运动和受力,确定影响其作业功耗的主要因素。并基于EDEM软件,以弧形清土叶轮前进速度、转速和叶轮片弯曲角为试验因素,以叶轮扭矩和水平前进阻力为试验指标,进行三因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,以扭矩和水平前进阻力最小为优化目标,获得最优参数组合;进一步基于土槽试验,验证弧形清土叶轮仿真优化结果的准确性,并与直板式清土叶轮作业进行对比分析。仿真优化结果表明,当弧形清土叶轮前进速度为0.38m/s,转速为450r/min,叶轮片弯曲角为18°时,其扭矩和水平前进阻力最小,分别为9.99 N·m和27.09 N;土槽试验结果表明,弧形清土叶轮扭矩和水平前进阻力分别为11.56N·m和31.82N,与仿真优化结果的相对误差分别为13.58%和14.86%,同时,与直板式清土叶轮作业对比,弧形清土叶轮扭矩和水平前进阻力分别降低了9.40%和15.37%。研究结果可为后续葡萄藤防寒土清土机的整体设计提供理论依据和技术支撑。     

葡萄分层旋抛式清土起藤机高效旋抛刀设计与试验

针对中国西北地区酿酒葡萄清土作业缺乏与土壤颗粒群相互作用的研究,凭经验设计使得单层旋抛清土方法效率低以及清土部件功耗高的问题,设计了一种分层旋抛式清土起藤机并对旋抛刀与土壤相互作用进行研究。首先,根据中国西北地区酿酒葡萄种植及清土的农艺要求,完成分层旋抛刀的设计,然后对旋抛式清土起藤机的运动进行理论分析,确定影响旋抛刀功耗和抛送距离的主要因素,并通过EDEM—Recurdyn耦合仿真,以旋抛刀不同焊接角度、转速及整机的前进速度为试验因素,以清土率、旋抛刀扭矩为评价指标,分析土壤离散颗粒群与旋抛刀之间的相互作用,得到最优参数组合,进一步基于台架试验对仿真试验进行验证。结果表明,当旋抛刀焊接角度为30°,转速为270r/min,前进速度为0.4 m/s时,清土率为49.1%,旋抛刀平均扭矩为13.09 N·m,土壤抛送距离集中在1.52～1.75 m之间,与仿真优化结果（清土率为55.9%）相对误差为13.8%,研究结果可为后续研制分层旋抛式清土起藤机提供理论依据及技术参考。     

基于时频和功率谱密度的移栽机振动特性测试与分析

针对移栽机机械受激励产生振动影响取苗、顶苗工作稳定性的问题,该研究以2ZTT-2型顶夹式气动蔬菜移栽机为研究对象,对移栽机的振动特性进行研究。采用时频分析和功率谱密度分析相结合的方法,得到信号能量在时间轴以及频率轴上的分布特征,并运用锤击法,研究了不同工况下各测点主要频率与该测点代表运动部件的前5阶固有频率之间的对应关系。试验结果表明:取苗摆动装置运动、苗盘横移是移栽机的主要振源,取苗机械手开合、顶苗机构伸缩是振动的次要原因。振动信号频率主要分布在低频频率(0～10 Hz)处,取苗摆动装置运动时加速度振动幅值为5.43 m/s2,整机运转时为1.71 m/s2,振幅下降了68.51%,并且移栽机取苗摆动装置运动所引起的主要振动频率(6.10 Hz)与对应测点处的第5阶固有频率(6.25 Hz)相近,发生了共振现象。研究结果可为移栽机振动特性分析、结构优化设计提供参考。     

莲仁钻削去心过程力学特性及减损工艺参数优化

为降低莲仁在钻削去心过程中的加工损耗,找出去心工艺参数对莲仁崩碎的影响规律,该文对莲仁钻削去心过程进行了力学分析、切削过程摸拟、试验测试和工艺参数优化研究。1)对莲仁钻削去心时的受力状态进行了力学分析,建立了莲仁钻削加工的力学模型,分析了莲仁钻削崩碎的主要因素为压辊夹紧力、钻头直径、钻头转速、钻头进给量和莲仁含水率等;2)应用DEFORM 3D软件对莲仁钻削加工过程进行了切削仿真,获得了不同工艺参数条件下钻削轴向力变化曲线以及莲仁应变云图,得到了各工艺参数对莲仁崩碎的影响规律,并找出了莲仁剥落的薄弱位置;3)用Kistler测力仪对莲仁钻削去心过程进行了钻削力测试,得到了莲仁在钻削过程中轴向力-时间曲线,以及切削速度、进给量、钻头直径等工艺参数对钻削轴向力的影响曲线,测试结果与仿真结果基本一致;4)基于所设计的莲仁去心试验台,用单因素试验法测试了含水率、压辊夹紧力、钻头速度、钻头进给量及钻头直径等工艺参数对莲仁崩碎率的影响规律,并在单因素试验结果的基础上,用正交优化试验法获得最优参数组合为莲仁含水率7.78%、钻头直径2.2 mm、压辊夹紧力38 N、钻头进给速度20 mm/s、钻头转速3 000 r/min。研究结果可为莲仁钻削去心设备的设计提供参考。     

凹形铲刀逆转刀辊升抛土能力的模糊预测研究

该文研制了逆转刀辊与开式推土铲组合的切抛土部件。应用模糊试验分析方法，对其升抛土能力进行了模糊分析及预测。试验表明，凹形铲刀逆转刀辊与开式土铲组合的切抛土部件，一次可完成切、碎、升、抛、平整土壤等项作业，简化了盐田铺膜机的整机方案；该研究为新型农田逆转旋耕机和盐田铺膜机设计提供了优良的切抛土部件。     

蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。     

蔬菜移栽机曲柄摆杆式夹苗机构的设计与试验

通过对穴盘苗进行抗压特性试验、试验平台的夹取试验,研究分析了适于夹取式自动取苗机构工作的相关参数组合以及最佳的钵苗含水率状况,为机构设计提供参考依据。该文基于辣椒穴盘苗抗压特性设计了全自动蔬菜移栽机曲柄摆杆式穴盘苗夹苗机构,该机构可与顶出机构配合完成全自动蔬菜移栽取苗和投苗工作。该文完成了曲柄摆杆式夹苗机构主要结构的设计,并对曲柄摆杆式夹苗机构的工作过程进行了力学、运动学分析和仿真,确定了结构和工作参数,即曲柄、连杆、摆杆长度分别为80、236.22、172.5 mm,夹苗爪具有较好的运动特性。曲柄摆杆式夹苗机构性能试验结果表明,夹取爪为金属材质,弹簧劲度系数为90 N/m,钵苗脱落率为0,钵苗破碎率为4.2%,综合取苗成功率可达95.8%,性能指标符合设计要求,夹苗爪"V"形结构设计有效防止穴盘苗在夹取过程中脱落,保证了取苗成功率。试验表明钵苗含水率为60.8%时,钵苗在不同的弹簧劲度系数及夹取爪材质下均有良好的适应性,在该含水率下钵苗的取苗平均成功率为94.4%。该机构从取苗到投苗采用圆弧形工作轨迹,夹苗爪采用八字形轨道与复位弹簧控制其开合,结构简单、性能可靠,无需调整即可适应多种不同尺寸穴盘苗的取苗工作,对不同含水率穴盘苗适应性强,对穴盘苗损伤小,机构成套使用可达到较高工作效率。     

挖掘收获多功能曲面铲的设计与试验

摘要：针对传统根茎类作物挖掘工作铲阻力大、顺土性差、集果效果不好的问题,设计了多功能曲面挖掘铲。为提高挖掘入土性能和去土效果,挖掘铲纵向平面采用犁铧与圆弧曲面两段组合设计;为提高横向流畅顺土性能和向中集果率,挖掘铲横向平面采用功能分段及样条曲线拟合设计。通过与应用较广的普通平面多边形挖掘铲的对比试验,表明多功能曲面铲去土率提高了4.8%,向中集果率提高了1.2%,掉果率降低了1.03%。但两者的挖掘阻力相差不大。该挖掘铲的设计为后续的夹持装置和去土装置的作业提供了参考。     

履带式油菜苗移栽栽植孔成型机的设计与试验

为设计新型油菜移栽机,基于旱地移栽作业的工作特点,融合油菜移栽农艺要求,研制了一种履带式油菜移栽栽植孔成型装置。通过分析土壤物理机械力学特性,求取打孔机构垂直出土所受摩擦阻力参数方程,为关键部件打孔机构的机构设计提供力学参数与理论依据;完成关键部件—打孔机构、靠模凸轮进行设计及优化后,设计并试制试验样机,进行田间试验。试验结果表明:机器以慢一档工作状态下前进速度为1.65~1.78 km/h,作业效率达到0.231~0.249 hm2/h,其成孔的平均合格率也达到93.8%。研制的机器能形成满足设计要求的栽植孔,为新型移栽机的设计提供技术支持。     

开沟起垄式水稻精量穴直播机的研制

根据水稻种植农艺要求,研制了一种开沟起垄式水稻精量穴直播机,可同步进行开沟、起垄和播种。采用穴播方式将破胸露白的稻种播在垄上的播种沟中。采用瓢形型孔轮和两个充种室设计方案,可实现播量可调和精量穴直播。采用弹性随动护种带代替传统的固定式护种板,减少了稻种的破损率和对排种轮的磨损。采用乘坐式高速插秧机底盘,四轮驱动,在水田中的通过性能好。由于行距可选、穴距可调、播量可控,可适应不同茬口、不同品种和不同地区的水稻种植要求。在全国10省(区)的生产试验结果表明,采用精量穴直播方式,可比人工撒播增产10%以上,比人工抛秧增产8%以上,比人工插秧增产5%以上。     

基于EDEM-Fluent仿真的自旋射流式挖藕机的设计与试验

为解决藕农人工挖藕劳动强度大,效率低,易损伤莲藕的难题,针对现有挖藕设备成本较高,操作过程繁琐,需要一定经验技术才能掌握的缺陷,设计了一种自旋射流式挖藕机。阐述了该机的结构和工作原理,通过离散元法和流体动力学耦合仿真分析了泥土-射流之间的相互作用机理,明确了关键部件喷头的结构参数对试验指标的影响规律,即挖掘深度随着喷射角度30?至60?范围内的增加而减小,随着射流速度10至20 m/s范围内的增加而增加。通过分析仿真射流过程发现,当喷射角度为30?时,会出现泥土回填的情况。台架试验和田间试验表明:自旋射流式挖藕机喷头直径为17 mm,喷射角度30?时,可以以0.2 s的速度前进,完全挖出埋于泥土深度400 mm内的莲藕,莲藕无损伤,且表面无泥土粘结,挖掘幅宽约为1.2 m。该文提出了EDEM-Fluent耦合仿真的运用将有利于莲藕采挖设备的作用机理研究,为莲藕采挖设备的设计与优化提供理论依据。该耦合仿真方法还能应用于江河湖泊清淤、管道清理等其他水力作业领域的研究。     

圆盘式甜菜挖掘装置性能参数的优化

为了提高圆盘式挖掘装置的工作性能,解决收获过程易壅堵等问题,该文结合圆盘式挖掘装置的结构及工作原理,从理论上分析了挖掘装置的参数关系及运动机理,建立了挖掘圆盘刃口的运动方程,得到了甜菜的运动轨迹,确定了圆盘式挖掘装置的关键性能参数,并以圆盘的张角、偏转角和挖掘深度为试验因素,甜菜的粘土率、折断率和损伤率为性能评价指标进行三因素三水平的正交试验。试验结果表明:作业深度对甜菜的粘土率和折断率的影响较大,张角和作业深度共同影响着甜菜的折断率,偏转角对这2个指标的影响均不明显;损伤率受张角、偏转角和作业深度的影响不大,可以忽略不计。综合考虑各评价指标,通过综合评分法得较优的参数组合。即当张角为15°,偏转角为30°,挖掘深度为120 mm时,甜菜收获的粘土率为12%,折断率为0,损伤率为0,加权综合指标为3.6%,整体收获效果相对较好。     

水稻精量穴直播机仿形与滑板机构的优化设计与试验

基于农机与农艺相结合,该文主要对水稻精量穴直播机仿形与滑板机构进行了优化设计。水稻精量穴直播机采用乘坐式高速插秧机头为动力底盘,包括机架、开沟起垄装置、水平仿形装置、高程仿形装置、动力传动装置、播种装置和液压提升架。结合同步开沟起垄、播量和穴距可调、仿形作业、压茬(草)播种的农艺要求并针对实际大田生产试验中发现原水稻精量穴直播机存在的问题,如压茬效果较差、仿形系统不完善等,该文主要对高程仿形系统、水平仿形机构以及滑板角度等进行了优化设计,并对穴直播机的性能与可靠性进行了试验验证,结果表明:优化后水稻精量穴直播机的纯作业效率为0.67 hm~2/h,穴距合格率达100%,变异系数为2.5%,穴粒数合格率为95%,空穴率为0,各行排种量一致性变异系数为3.8%,总排量稳定性变异系数为1.5%,播种后田面左右高差小于3 cm;平均首次故障前作业量(MTTFF)为30.4 hm~2/m,有效度为98.2%,各项性能指标和可靠性指标均达到了相关国家标准,具有广阔的应用前景。     

连续式秸秆发酵饲料制备机的研制与试验

为解决目前秸秆饲料转化技术周期长、占用空间大等问题,基于优先分解部分半纤维素的体外发酵工艺,研制了一种适用于农作物秸秆的连续式秸秆发酵饲料制备机,以实现秸秆发酵饲料的快速高效生产。该文分别以玉米、水稻和小麦3种秸秆为原料、以木质纤维素分解菌复合系MC1为发酵剂,进行了周期为3d的、连续梯度发酵试验,对机器进行性能检测及相应的改进。通过试验发现以玉米秸秆为原料时,机器运行效果最佳。发酵3d后,玉米秸秆变得松散柔软,半纤维素少量分解,纤维素和木质素基本不分解。该机操作简单、使用方便,发酵过程中能耗低,周期短,可实现秸秆发酵饲料的连续批次生产,生产效率高。     

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。     

振动和拨辊推送式藠头收获机研制

针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题，该研究研制了基于"杆筛式振动碎土+拨辊推送式多级分离"技术的自走式藠头收获机。对挖掘和果土分离过程中的物料状态和作业机理进行了分析，建立模型计算得到了挖掘装置的位置和深度、杆筛式振动装置的振幅和曲柄转速、拨辊的尺寸和位置等关键参数，基于可调式挖掘装置、杆筛式振动装置、拨辊推送式多级分离装置组成加工了藠头收获机样机。针对研究内容设计了田间挖掘试验和整机性能试验，对以上装置及整机的作业性能进行验证。田间试验表明：该机实际挖掘深度稳定，漏挖率、埋果率、总伤果率分别为0.31%、3.20%、5.87%，有效收获率为93.23%。整机结构及布局合理，性能稳定，能够满足当前丘陵山区条件下藠头机械化收获的需求。