分段螺旋式甘草茎秆揉切装置设计与试验

针对全混合日粮饲草料揉切需求，该研究设计了一种分段螺旋式甘草茎秆揉切装置，对分段螺旋叶片的主体结构和搅龙结构参数进行设计，建立了刃口曲线方程，分析了装置揉切机理，并试制了分段螺旋式甘草茎秆揉切装置试验台。以搅龙转速、加工时间、填充系数、刀片与底壳间隙为因素，以粒度、破节率、单位质量能耗为指标，开展四因素三水平Box-Behnken试验，对试验结果进行方差分析和二次回归拟合，得出各因素对粒度影响显著性由大到小为加工时间、搅龙转速、填充系数、刀片与底壳间隙；对破节率的影响显著性由大到小为加工时间、填充系数、搅龙转速、刀片与底壳间隙；对单位质量能耗的影响显著性由大到小为填充系数、加工时间、搅龙转速、刀片与底壳间隙。对交互影响因素进行响应曲面分析并进行参数优化验证试验，结果表明：当搅龙转速为25 r/min、加工时间为12 min、填充系数为0.46、刀片与底壳间隙为15 mm时，甘草茎秆的揉切粉碎粒度为11.76 mm，破节率为83.27%，此时单位质量能耗为9 959.82 J/kg，试验值与模型理论值误差不超过7%，参数优化模型合理，满足作业要求。研究结果可为全混合日粮搅拌机的研发提供理论依据。     

筛片参数优化对饲料粉碎机筛分效率的影响

传统锤片式粉碎机普遍存在着筛分效率低于粉碎效率的问题,为了寻求提高粉碎机的筛分效率的途径,该文通过试验台试验与颗粒动力学仿真相结合的方法,通过研究粉碎机筛片的结构参数和分离装置内的气流速度对筛分效率之间的影响规律,揭示物料的透筛机理。通过试验台试验发现:随着气流速度的增大,筛分效率呈先高后低的趋势;筛孔形状和筛片安装角度对筛分效率的影响较大;筛孔的排列方式对筛分效率的影响较小。利用颗粒动力学仿真软件EDEM-FLUENT对颗粒筛分过程进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,二者的相对误差不超过4%,结果显示:气流速度为6~15 m/s时,物料透筛效率呈先逐渐增大后又逐渐降低的趋势;筛片安装角度在20~70°范围内,最佳筛片安装角度为35~45°;在筛片开孔率相同的情况下,长方孔的筛分效率最高,圆孔的筛分效率最低。研究认为:在多种组合中,气流速度为12.37 m/s,筛片安装角度为40°的长方形的T型筛孔的筛分效率最高。     

再生稻联合收获机清选装置内部气流场分析与试验

为了高效完成再生稻脱出物的清选工作，有效利用气流对物料进行吹散分层，并提高水稻籽粒透筛效率，该研究对沃得旋龙4LZ-3.0E型水稻联合收获机清选装置进行了改进，改进的清选装置采用六叶片离心风机作为清选风机，振动筛上筛使用百叶窗筛，其筛片为平整未经冲压的平板状结构。首先运用CFD软件对风机转速1050 r/min、筛片开度分别为20、25和30 mm工作参数下的清选装置内部气流场进行了数值模拟和对比分析，数值模拟结果表明筛片开度为20 mm时筛面上方气流速度的分布均匀，筛片开度越大，筛片之间越容易产生小型涡流，从而造成气流混乱；使用热线式风速仪在试验样机上进行了气流速度测量，对比实测气流速度和仿真的气流波动规律一致，验证了数值模拟结果的准确性；进一步通过田间试验对静态的模拟试验结果进行了补充，分别选取清选筛振动频率为6、7、8 Hz，得出清选筛振动频率6 Hz配合筛片最佳开度20 mm时清选效果最好的结论，其籽粒含杂率为1.52%，损失率为1.11%；且由结果分析可知，百叶窗筛筛片开度大小对清选损失率的影响无主效应。该研究表明百叶窗筛适用于针对再生稻的清选工作，提出了针对再生稻物料的风筛清选装置的设计思路，为进一步研究打下了基础。     

有机肥生产中的多段式搅龙设计与性能试验

为解决有机肥生产过程中的堵料、物料混合不均匀和尾端积料等问题,设计了一种多段式搅龙,其主要由伸缩扒齿、进料段、变径送料段、大径送料段、出料段和反旋向段等组成。该文确定了伸缩扒齿偏心、搅龙变径和尾端反旋向等主要结构参数,明确了物料混合均匀性、抗堵料和防积料性机理,利用EDEM软件对多段式搅龙和传统搅龙进行性能对比试验和分析,并进行了样机试验。试验结果分析表明:当物料的混合均匀度标准差达到0.2时,多段式搅龙需要输送的距离是传统搅龙的0.6倍,传统搅龙的标准差最小值较多段式搅龙内的标准差最小值增大0.042;在进口处的填充度相等的情况下,物料输送过程中多段式搅龙内的填充度会逐渐下降(趋于0.222),多段式搅龙内的填充度变化幅度为38.1%,而传统搅龙内的填充度保持不变;多段式搅龙装备比传统搅龙装备输运效率提高了20%。研究结果可为有机肥生产装备的设计提供参考。     

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。     

大豆联合收获机作业参数优化

现阶段国内大豆联合收获机收获作业时由于脱粒、清选系统作业参数调整不当而导致大豆机收损失率、破碎率、含杂率较高。为解决这一问题,该文对影响大豆机收作业质量的相关参数开展田间试验研究,探索各参数对大豆机收作业质量的影响规律,探寻最佳作业参数组合。以机收损失率、破碎率、含杂率为目标,选择脱粒清选系统对作业质量影响较大的前进速度、滚筒转速、脱粒段脱粒间隙、分离段脱粒间隙、导流板角度、分风板角度、风机转速、上筛前部开度、上筛后部开度共9个因素,利用Box-Behnken中心组合试验方法,进行九因素三水平响应面试验,使用Design-Expert对试验结果进行响应面分析,探索各因素对试验指标的影响规律,并构建相关数学模型。试验结果表明:对大豆收获损失率影响较为显著的因素为风机转速、脱粒段脱粒间隙、前进速度、脱粒滚筒转速;对破碎率影响较为显著的因素为脱粒滚筒转速、脱粒段脱粒间隙、前进速度、导流板角度;对含杂率影响较为显著的因素为导流板角度、风机转速、分风板角度、上筛后部开度。通过多目标参数优化,确定最佳工作参数组合为前进速度6 km/h、脱粒滚筒转速450 r/min、脱粒段脱粒间隙25 mm、分离段脱粒间隙20 mm、导流板角度26?、风机转速1 260 r/min、分风板角度11.5?、上筛前部开度19 mm、上筛后部开度11 mm,此时损失率为0.24%、破碎率为0.90%、含杂率为0.14%,田间试验实测损失率、破碎率和含杂率平均值分别为0.24%、0.90%和0.14%,与优化值相对误差分别为0、4.7%和7.7%。研究结果可为大豆联合收获机结构改进和作业参数控制提供参考。     

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。     

4DL-5A型蚕豆联合收割机关键部件设计与优化

针对国内蚕豆机械化收获作业中存在的含杂多、损失大、破碎高等难题，该研究对集切割、输送、脱粒、清选、收集于一体的蚕豆联合收割机的关键部件进行设计。首先对4DL-5A型蚕豆联合收割机关键部件进行设计与分析，确定割台装置、脱粒装置、清选装置主要工作参数，然后采用二次正交旋转组合试验方法设计试验并用Design-Expert进行数据处理，以含杂率、损失率、破碎率作为响应指标，重点研究4DL-5A型蚕豆联合收割机收获作业中前进速度、滚筒转速和风机转速对响应指标的影响规律，建立含杂率、损失率和破碎率的回归数学模型，通过响应曲面方法分析各因素交互作用影响，对回归模型进行多目标优化，得出4DL-5A型蚕豆联合收割机作业参数的最优组合为：前进速度0.57 m/s，滚筒转速400.45 r/min，风机转速1265.16 r/min，此时，含杂率3.23 %，损失率3.00 %，破碎率2.72 %。对优化参数进行田间试验验证，测得含杂率3.49 %，损失率2.87 %，破碎率2.83 %，与优化值相对误差分别为8.05 %、4.33 %、4.04 %，结果较吻合。该研究结果可为蚕豆联合收割机设计、结构改进和作业参数调整提供参考。     

大豆联合收获机田间清选作业参数优化

为了改变国内大豆联合收获机田间作业时因清选装置的参数调节缺乏相应理论指导,造成清选参数调控不及时与不精确而导致大豆机收清选损失率和含杂率均较高的现状,该研究利用多参数可调可测式清选系统进行了大豆机收清选参数优化田间试验,分析了大豆机收时清选参数(作业速度、鱼鳞筛筛片开度、风门开度、风机转速和振动筛曲柄转速)对清选指标(清选损失率和含杂率)的影响规律,求解出最佳清选参数组合,完成大豆机收最佳清选参数组合的田间验证试验。试验结果表明,清选参数对清选损失率影响大小排序为振动筛曲柄转速、风机转速、作业速度、风门开度、鱼鳞筛筛片开度,清选参数对含杂率影响大小排序为鱼鳞筛筛片开度、风门开度、风机转速、作业速度、振动筛曲柄转速。求解出清选损失率偏小和含杂率偏小且喂入量偏大时最佳清选参数组合为作业速度6 km/h、鱼鳞筛筛片开度32 mm、风门开度17°、风机转速1 310 r/min和振动筛曲柄转速410 r/min,此时清选损失率为0.25%,含杂率为0.61%,与模型优化值的相对误差分别是0.250%和0.113%,对比常用清选参数条件下大豆联合收获机田间试验的清选指标,清选损失率下降了0.05%,含杂率下降了2.09%。研究结果可为大豆联合收获机田间作业时清选参数的设定与调控以及自适应清选系统调控策略的研发提供理论依据。     

风筛选式油菜联合收割机清选机构参数优化与试验

为分析油菜田间实际收获作业状态时风筛选式油菜联合收割机清选机构参数对清选损失率和籽粒含杂率的影响,基于双滚筒风筛选式可移动田间联合收获试验平台,对振动筛振幅、曲柄转速、风机转速和风机倾角4个参数进行了Plackett-Burman试验和响应面回归试验,试验分析表明振动筛振幅和曲柄转速是影响清选损失率的主要因素,风机转速是影响籽粒含杂率的主要因素。采用响应面试验方法分析了单因素和双因素对清选效果的影响,建立了清选损失率和籽粒含杂率的回归数学模型并优化求解了一组最优参数组合,以一组接近最优参数组合:振动筛振幅35 mm,曲柄转速392 r/min,风机转速1 750 r/min,风机倾角29°进行了试验验证,清选损失率和籽粒含杂率分别为0.90%和0.45%。理论求解的清选损失率和籽粒含杂率分别为0.38%和0.48%,与试验值的绝对误差分别为0.52%和-0.03%,籽粒含杂率误差较小,清选损失率误差较大。与该清选机构常用工作参数时的清选损失率和籽粒含杂率对比,清选损失率降低了61%,籽粒含杂率降低了58%。该研究结果和优化方法可为风筛选式油菜联合收割机清选机构的参数选择和优化提供参考。     

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。     

玉米根茬抖动升运机构的建模与优化

收获玉米根茬过程中,采用碾压方式脱去裹夹于根系中央的泥土颇为有效,然而将根茬输送至碾辊处的过程中,经常出现下滑、堆叠等不良状况,严重影响了物料的有效升运与碾压脱土,因此根茬的有序升运与整列是实现碾压脱土的前提与关键。该文采用理论与试验相结合的方法对该机构进行优化:首先建立玉米根茬在抖动链条上的动力学模型,并确定根茬稳定升运及跳动的临界条件;然后在理论研究的基础上,借助升运试验平台及高速摄像系统,对根茬的升运及跳动过程实施记录和分析,最后确定了抖动升运机构的最优参数组合,升运链的倾角为23°,驱动轮转速为120r/min,抖动轮顶起高度为22mm。系统在最优参数下的试验结果表明:根茬能够随着抖动链条有序上移,并在链条斜面上小幅跳动,能够有效缓解根茬的堆叠、拥堵状态。     

Modeling and optimizing dither mechanism for conveying corn stubble

收获玉米根茬过程中,采用碾压方式脱去裹夹于根系中央的泥土颇为有效,然而将根茬输送至碾辊处的过程中,经常出现下滑、堆叠等不良状况,严重影响了物料的有效升运与碾压脱土,因此根茬的有序升运与整列是实现碾压脱土的前提与关键。该文采用理论与试验相结合的方法对该机构进行优化：首先建立玉米根茬在抖动链条上的动力学模型,并确定根茬稳定升运及跳动的临界条件;然后在理论研究的基础上,借助升运试验平台及高速摄像系统,对根茬的升运及跳动过程实施记录和分析,最后确定了抖动升运机构的最优参数组合,升运链的倾角为23°,驱动轮转速为120 r/min,抖动轮顶起高度为22 mm。系统在最优参数下的试验结果表明：根茬能够随着抖动链条有序上移,并在链条斜面上小幅跳动,能够有效缓解根茬的堆叠、拥堵状态。     

秸秆类生物质原料筛分除杂试验及滚筒筛改进

为解决秸秆收获后小杂质去除问题,针对粒度在10 mm以下的玉米秸秆原料,利用样品分析筛,将原料分为9个粒度等级,之后进行热工特性测定、沉降试验。通过对不同粒度的玉米秸秆原料进行热工特性对比试验,分析灰尘等细颗粒物杂质在不同粒度原料中的比例及影响,发现粒度级别为0.2~0.33、0.2 mm这2个物料尘土质量分数超过50%,而占总质量的百分含量仅为3.39%,故提出原料的最佳筛分粒度范围为0.33 mm。优化改造筛分除杂装置,其最佳工况下的技术参数为:筛筒长1 000 mm,筛筒直径500 mm,筛筒倾斜角10°,转速34 r/min,筛网孔径0.33 mm。利用该装置,进行筛分工况确定试验、验证对比试验及经济分析,发现:使用筛网后的物料压块成型后,挥发分及热值有大幅度提升,灰分减少25.21%,大大降低了秸秆物料对成型机关键部件造成的磨损及对燃烧设备的结渣风险。其过筛后的压块成型燃料经济价值提高到563.5元/t,可提高收益6.91%。该文提出了一种适合中国生物质成型燃料大规模生产的筛分技术及配套装置,为生物质燃料清选工艺提供技术支撑,为秸秆的能源化利用提供重要参数依据。     

玉米播种机水平圆盘排种器型孔设计与试验

为满足水平圆盘排种器在高速条件下的精密排种要求,从排种器的工作原理出发,对排种盘型孔的结构形状和尺寸进行分析,设计出一种带倒角的周边式倾斜长方形型孔的水平圆盘排种器。为了得到排种器的最佳性能参数,以排种器转速、型孔倒角长度、型孔倾角为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三元二次回归正交旋转组合试验,建立试验指标与试验因素间的数学模型。应用响应面法对回归方程进行多目标优化,得到最佳参数为:排种器转速为33 r/min,倒角长度为7 mm,型孔倾角为61°,此时排种的合格指数为92.47%,重播指数为3.56%,漏播指数为3.97%。在最优参数组合下,台架试验验证排种器的排种合格指数为92.13%,重播指数为4.01%,漏播指数为3.86%,田间验证试验表明,当排种器转速调整为33 r/min时,其线速度为0.41 m/s,播种机组前进速度为8.6 km/h,水平圆盘排种器的播种性能指标满足单粒精密播种的农艺要求,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性。该研究可为机械式精密排种器的优化设计提供理论参考。     

中央集排气送式玉米精量排种器设计与试验

该文提出降低充种阻力的新型气流结构,结合集中排种与气送投种的特点设计了一种中央集排气送式玉米精量排种器,阐述了工作原理并确定了关键结构参数。以漏播指数、重播指数、合格指数为试验指标,对充种型孔直径、作业速度进行了双因素等重复试验。结果表明：4 mm孔径漏播指数较高;作业速度为4～10 km/h,孔径为4.5 mm时平均合格指数最高为97.9%,其次为5 mm孔径（97.2%）、5.5 mm孔径（96.3%）;作业速度超过12 km/h后,4.5 mm孔径漏播严重,漏播指数达到8.47%,5和5.5 mm孔径漏播指数为2%左右。     

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。     

畜禽粪污固液分离机断齿螺旋脱水装置运行参数优化

固液分离是畜禽粪便后续处理利用的重要环节,针对现有固液分离机处理高浓度粪污混合物存在效率低、分离效果差等问题,该文设计了一种断齿螺旋脱水装置,以高浓度猪粪为试验对象,采用Box-Benhnken中心组合试验对断齿螺旋脱水装置的工作参数进行了优化试验,以螺旋转速、间断距离、配重位置为影响因素,以分离效率和挤出物含水率为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的多元数学回归模型。通过试验并结合生产实际,最终获出最佳工作参数组合为:间断距离37 mm,转速56 r/min、配重块处于配重杆309 mm位置处(相对位置),此时分离效率为5.43 m3/h,挤出物含水率为53.52%,试验结果与理论优化值间的误差小于10%,最优参数组合下固体回收率实测值为54.91%,表明该文得出的多元数学回归模型与真实值间的拟合度较高,可为高浓度粪污混合物固液分离机的设计与应用提供参考。     

单垄单行甘薯联合收获机薯秧分离机构设计与参数优化

针对中国甘薯联合收获机作业薯秧分离机构分离不彻底、甘薯损伤数量多、茎秆缠绕机具部件等亟待解决的问题,该文基于自走式甘薯联合收获机设计了一种结构简单、摘净率高、伤薯率低以及防茎秆缠绕的薯秧分离机构。根据设计计算确定了分离机构结构参数,其中挖掘输送装置总长度为2050mm,水平倾角为24°;主动轴和摘辊半径分别为18、36 mm;输送装置下层杆条与摘辊间距为27 mm,最上端与摘辊之间距离为251 mm。经过理论分析明确了甘薯的运动特性及其影响作业质量的主要工作参数机具前进速度、主动轴转速、输送装置水平倾角。通过薯秧分离试验发现在甘薯收获期薯秧分离力与其含水率变化规律符合二次函数关系,进一步开展田间试验借助Box-BenhnKen的中心组合设计方法选取主要工作参数对摘净率和损伤率的影响并作试验设计,以此为基础开展三因素三水平一次回归正交试验。在DESIGNEXPERT中使用响应曲面法分析各因素对摘净率和损伤率影响效应并对回归模型的参数进行优化。当田间试验取最优参数组合机具前进速度1.2 m/s、主动轴转速895 r/min、输送装置水平倾角24°时,摘净率和损伤率分别为98.14%、2.76%,分离效果满足甘薯收获要求。该研究也为其他土下果实联合收获作业果秧分离机构提供思路。