密植果园挖穴施肥机挖穴钻头的设计及试验研究

为解决新疆密植果园施肥效率低、劳动强度大的问题,研制一种挖穴施肥机,详细介绍挖穴钻头的螺旋外径、长度、螺旋升角、临界转速和功率等参数计算.田间正交试验及调整挖穴深度试验表明:影响挖穴时间的因素主次顺序为土壤坚实度、钻头转速、土壤含水量;挖穴深度在400～600 mm之间,直径为300～310 mm,最长挖穴时间16 s.     

常用挖穴机研究概述

对常用形式的挖穴机进行分类、简介,以图、例加以说明;介绍了钻穴直径、钻头转速、钻头螺旋升角等影响挖穴质量的关键因素;列举了挖穴机在生产生活中的作业特点;最后针对挖穴机的某些不足对未来发展提出了展望。     

适配免耕播种单体的清秸装置改进设计与试验

地表秸秆覆盖免耕播种具有蓄水保墒、提高土壤肥力、改良土壤结构、控制土壤侵蚀、降低生产成本和提高作物产量等社会、生态和经济效益。针对现有同位仿形免耕播种单体在重度秸秆覆盖、高速作业条件下,清秸装置作业质量差、工作效率低问题,改进设计了一种具有秸秆轴向加速推送功能的清秸装置。阐明了清秸装置清理秸秆机理,完成了关键部件清秸轮和助推螺旋设计,确定了影响其工作性能主要参数及取值范围。采用二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、工作偏角、螺旋升角、螺旋叶片数为试验因素,清秸率和工作阻力为性能评价指标,在构建的EDEM-ADAMS联合仿真试验平台上实施参数组合优化试验,结果表明：各因素对清秸率影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角;各因素对工作阻力影响由大至小依次为作业速度、工作偏角、螺旋叶片数、螺旋升角。应用Design-Expert软件对试验结果进行参数组合优化,当螺旋升角为40°、螺旋叶片数为4、作业速度为7.5～10.7 km/h、工作偏角为20.0°～32.5°时,清秸率大于85%,工作阻力小于110 N。在作业速度8、9、10 km/h条件下,对螺旋升角40°、...     

烟草井窖式移栽机设计与试验

为解决烟叶小苗机械化移栽问题,在常规烟草鸭嘴式移栽机的结构基础上,设计小苗井窖式移栽装置,实现小苗移栽的机械化挖穴、投苗和浇水等作业。为验证螺旋钻头的升土和排土的工作条件,计算出螺旋钻头升土的螺旋钻头临界转速为241.8 r/min和螺旋钻头排土的螺旋钻头临界转速为92.68 r/min,低于螺旋钻头设计时的正常转速250 r/min,螺旋钻头结构满足设计要求。为验证螺旋钻头的旋转共振情况,利用CATIA软件对螺旋钻头进行模态分析,得出产生共振的最低频率为1 237.36 Hz,远远超过了工作频率8.33 Hz。对烟草井窖式移栽机进行测试试验,通过试验烟草井窖式移栽机平均工作效率为0.17 hm~2/h,参数设置合理。本研究可以为烟草井窖式移栽工作机理提供参考。     

钻头结构对烟苗移栽成穴质量影响的研究

为探究叶片式钻头结构对成穴质量的影响,以自行设计的叶片式钻头为研究对象,通过理论及试验的研究方法探究钻尖结构、螺旋升角、螺旋叶片高度和叶片旋向对钻头成穴质量的影响。结果表明:三角形钻尖与锥形钻尖钻头(E1、E2)在工作时的振动加速度分别为31.55、10.89m/s 2;螺旋叶片高度为80、100、120mm(E3、E4、E5)时,排土量分别为298.29、325.96、436.96g;正向与反向叶片钻头(E2、E3)排土量分别为154.43、298.29g,附土量分别为105.60、31.07g,振动加速度分别为10.89、9.96 m/s 2。在钻头结构为锥形钻尖、螺旋升角为60°、螺旋叶片高度为120mm、瓦片式叶片为反向时,成穴质量最佳。研究可为烟苗井窖式移栽叶片式成穴钻头的优化提供参考。     

斗式黑水虻处理猪粪有机肥取料机设计与试验

针对黑水虻处理的猪粪有机肥在取料输送过程中劳动强度大、作业效率低的问题,根据黑水虻养殖工艺流程与有机肥物理特性,设计了一种斗式取料机。采用离散元软件构建了有机肥斗轮机械部件耦合仿真模型,运用单因素试验方法获得了斗轮进给速度、料斗转速、料斗数量对单斗平均取料量、变异系数的影响规律,并确定了各因素取值范围。在单因素试验基础上,运用Box Behnken中心组合试验方法,以斗轮进给速度、料斗转速、料斗数量为试验因素,进行了三因素三水平二次回归正交试验。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业效果的影响,同时对影响因素进行了综合优化。结果表明:对单斗平均取料量与变异系数影响显著顺序由大到小均为料斗转速、料斗数量、斗轮进给速度;最优工作参数组合为斗轮进给速度65 mm/s、料斗转速8.25 r/min、料斗数量3个,在最优工作参数组合下,单斗平均取料量、变异系数的理论优化值与试验值分别为4.008、4.236 kg和3.19%、3.37%,二者相对误差为5.38%、5.34%,仿真试验和台架试验结果吻合度较好。     

玉米根茬挖切装置功耗影响因素试验研究

针对秸秆还田机对根茬处理效果较差、功率损耗较大等问题,提出了一种安装在玉米秸秆还田机上的玉米根茬挖切装置。以刀轴转速、台车前进速度、挖茬深度为因素,挖茬功耗为指标,运用二次回归正交旋转试验方法安排试验,建立了挖茬功耗与各影响因素之间的回归数学模型。通过Design-Expert 8.0软件对试验参数进行优化,确定刀轴转速640r/min,台车前进速度1.2m/s,挖茬深度31mm为最佳参数组合,此时玉米根茬挖切装置的挖茬功耗为615W,表明该组合下试验误差较小。同时,对刀轴转速做了单因素试验,用Origin 8.0进行数据拟合并绘图,计算显示:固定挖茬深度为31mm、台车前进速度为1.2m/s条件下,完成根茬挖切作业的最低刀轴转速为626r/min。     

提土-全膜面覆土装置作业参数优化与试验

为进一步研究提土-全膜面覆土装置作业参数对其覆土性能及质量的影响,解析膜顶覆土过程与规律,建立了提土-覆土过程关键参数方程,确定了试验因素及其取值范围。以刮板升运带式提土器线速度、联合机前进速度和水平双向螺旋覆土装置转速为自变量,覆土合格率为响应值,进行二次旋转正交组合试验,构建各因素与覆土合格率之间的数学模型,并结合响应曲面对各因素交互作用进行分析,探知试验因素对覆土合格率影响的主次顺序为水平双向螺旋覆土装置转速、刮板升运带式提土器线速度和联合机前进速度,获得提土-全膜面覆土装置最优作业参数:水平双向螺旋覆土装置转速为432 r/min,刮板升运带式提土器线速度为1.56 m/s,联合机前进速度为0.50 m/s。田间验证试验表明,提土-全膜面覆土装置覆土合格率均值为99.6%,较优化前有显著提升;应用离散单元法进行提土-全膜面覆土装置在最优参数条件下的"提土-输土-覆土"动态作业过程模拟,仿真结果与田间试验验证工况基本一致,表明该装置作业参数的优化计算准确可靠。     

山地作物移栽机井窖式单线螺旋成穴装置设计与试验

当前井窖移栽机成穴装置挖掘井窖稳定性差、易坍塌、土壤回流严重、直立度差,无法满足深井窖移栽成穴农艺要求。为此设计一种井窖移栽机单线螺旋成穴装置。对单线螺旋成穴装置的锥形钻尖、螺旋叶片、中心钻杆等关键结构进行设计,并采用动力学方法对其作业过程的入土阶段、切土阶段和排土阶段的成穴机理进行分析,确定了单线螺旋成穴装置的直径、螺距和转速为影响其作业质量的关键参数。应用离散元仿真软件EDEM对成穴装置作业过程进行仿真分析,以井窖深度、井窖直径、井窖直立度和土壤回流程度为评价指标,以直径、螺距、转速为试验因素,进行单因素试验确定关键参数的取值范围。根据取值范围,利用二次正交旋转中心组合试验方法建立单线螺旋成穴装置响应指标与试验因素的回归方程,并通过响应曲面得到其影响趋势和交互关系,结果表明各因素对井窖深度影响的主次顺序为螺距、转速、直径,对井窖直径影响的主次顺序为直径、螺距、转速。以回归方程为基础,采用多目标函数优化获取单线螺旋成穴装置的优化参数组合。根据优化后的参数组合研制单线螺旋成穴装置及田间作业平台并进行田间试验,试验结果表明：成穴装置直径为100mm、螺距为75mm、转速为350r/min时作业效果最佳,此时井窖深度为182mm、井窖直径为80.7mm,优化后的单线螺旋成穴装置满足井窖移栽成穴的农艺要求。     

螺旋槽轮式排肥器对肥料块破碎效果的仿真试验与研究

为解决排肥过程中因肥料结块导致排肥不均与堵塞的问题,本研究基于离散元方法建立肥料块Bonding模型,依照Box-Behnken试验设计原理,以转速、截面形状、螺旋升角为自变量,以排肥均匀度变异系数和肥料块粘结键断裂率为响应值,采用三因素三水平响应面分析方法,对各因素及其相互作用进行分析。仿真结果表明：3个因素对肥料块粘结键断裂率影响的主次顺序分别为螺旋升角、截面形状、槽轮转速;对排肥均匀度变异系数影响的主次顺序分别为槽轮转速、截面形状、螺旋升角;螺旋槽轮最佳工作参数组合为：槽轮转速为21r/min、截面形状为勺型、螺旋升角为70°,最佳工作参数组合下的肥料块粘结键断裂率为97.67%,排肥均匀度变异系数为8.56%。     

密植果园开沟施肥机开沟刀片设计与试验

针对现有开沟刀片在密植果园开沟施肥过程中存在功率消耗大、沟深稳定性差的问题,运用旋耕理论和试验分析的方法,设计了一种正弦指数曲线型开沟刀片。通过分析拖拉机前进速度、刀盘转速以及二者相互作用对功率消耗和沟深稳定性的影响,确定了正弦指数曲线型开沟刀片工作参数的最佳组合为:拖拉机前进速度1 m/s,刀盘转速为200 r/min。以正弦指数曲线型开沟刀片B处弯曲角、弯曲半径、C处弯曲角为影响因子,以功率消耗和沟深稳定性为响应值,通过三因素四水平正交试验,确定了正弦指数曲线型开沟刀片结构参数的最佳组合为:B处弯曲角为95°,C处弯曲角为140°,弯曲半径为9 mm。对正弦指数曲线型开沟刀片和现有开沟刀片进行对比试验,结果表明:在工作参数和开沟深度相同的条件下,正弦指数曲线型开沟刀片比现有开沟刀片功率消耗下降3.29 k W,沟深稳定性提高8.83个百分点,各项技术指标均达到了国家相关标准的技术要求。     

6BX-40型苎麻剥制机滚刀设计与试验

为合理确定6BX-40型苎麻剥制机滚刀参数,设计了9种不同参数的滚刀,进行了三因素三水平的正交试验。通过分析各参数对纤维损失率、纤维胶质含量和功率消耗3个指标的影响,得出较优的参数组合为：滚刀直径45mm,刃齿螺旋角4°,刃齿前角8°。剥制试验表明：在滚刀切削速度1.2m/s、麻皮输送速度0.6m/s的条件下,纤维损失率4.3%,纤维胶质质量分数25.8%,功率消耗0.92kW。     

开沟旋耕机渐变螺旋升角轴向匀土刀辊设计与试验

针对长江中下游农业区开厢沟后旋耕作业地表平整度差、土壤轴向分布不均匀等问题,设计了一种渐变螺旋升角轴向匀土刀辊。分析了旋耕刀轴向运土力学条件,建立了匀土刀辊旋耕刀扰土体积参数方程和旋耕刀渐变螺旋升角排列螺旋线方程,并分析确定了影响匀土刀辊轴向匀土性能的关键因素为刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角。运用离散元法模拟匀土刀辊作业过程,以耕后地表平整度为试验指标,以刀辊转速、旋耕切土节距、初始螺旋升角为试验因素,进行了正交试验,建立地表平整度回归方程。利用Design-Expert分析软件得到最优参数组合为：刀辊转速260r/min、旋耕切土节距8.3cm、初始螺旋升角71°,此时仿真地表平整度为17.35mm。在最优参数组合下进行了田间试验,结果表明,匀土刀辊作业后,地表平整度、土壤轴向分布均匀度、耕深稳定性系数、碎土率的均值分别为14.5mm、8.82%、92.34%、81.66%,整体耕整效果优于常用旋耕刀辊。     

双螺旋式有机肥撒施机抛撒性能影响因素建模与试验

围绕影响双螺旋式有机肥撒施机撒施粪肥效果的作业参数进行研究,以ADS120型有机肥撒施机作为样机,分别利用仿真建模分析与试验验证的方法,对有机肥撒施机在不同作业速度、推板速度、螺旋转速条件下的撒肥量、作业效率及撒肥均匀性进行分析。三因素正交试验结果表明:作业速度是影响撒肥量和施肥效率的主要因素,螺旋转速是影响撒肥宽度的主要指标。     

蕉园自走式压穴施肥机设计与试验

为实现香蕉根部肥料深施的机械化作业,设计了一种可变位、变深、变量施肥的蕉园自走式压穴施肥机。压穴性能试验结果表明:压头的直径和锥度均对峰值压穴阻力的影响极显著,呈正相关关系,减少锥度能有效降低施肥机作业能耗,构建的多元线性回归模型可用于压穴作业决策;压头的沉降速度对峰值压穴阻力无显著影响,增大沉降速度有利于提高施肥机工作效率。最后,试验研究了外槽轮的螺旋升角和转速对施肥机排肥稳定性的影响,建立了施肥量变异系数的多元回归方程,为变量施肥控制提供了参考。     

葡萄深施有机肥开沟装置设计及仿真

针对葡萄种植施肥过程中开沟作业功耗大的问题,根据新疆葡萄种植地土壤特性及葡萄种植模式,设计了一种适用于葡萄深施有机肥的开沟装置,主要由机架、刀盘总成及导流罩等组成。其中,开沟刀具依次间隔螺旋排列,刀具2把为1组,共7组14把。在完成开沟装置设计与土壤参数测定的基础上,利用离散元仿真软件建立了土壤颗粒模型及土壤-开沟装置交互模型,仿真分析了前进速度、刀盘转速及刀具组合对开沟作业功耗的影响。结果表明:前进速度、刀具组合、刀盘转速与刀具组合交互作用对开沟作业功耗影响显著。确定的最优参数组合为:前进速度801m/h,刀盘转速111r/min;刀盘组合为:刀A切土角150°、弯折角60°、工作幅宽133mm,刀B切土角180°、弯折角90°、工作幅宽166mm。此时,开沟作业功耗为17k W。     

玉米穗茎兼收割台切碎装置参数优化

针对玉米穗茎兼收割台的需求,设计了一种横置滚筒式茎秆切碎装置,并对其切碎性能及割台摘穗性能进行了试验研究。通过对切碎装置工作原理的分析,确定在拉茎速度与切碎滚筒转速比值一定的条件下,以机器作业速度、动刀切割前角、切碎滚筒转速为自变量,以玉米果穗损失率、籽粒破碎率、籽粒损失率、茎秆平均切段长度和几何标准差为试验指标,利用Box-Benhnken Design中心组合试验设计原理,进行了3因素3水平正交旋转组合田间试验,利用Design-Expert软件对试验结果进行了响应面分析和回归分析,得到试验指标与试验因素间的数学模型。试验结果表明：机器作业速度和切碎滚筒转速与5个试验指标有二次非线性关系,动刀切割前角仅与茎秆平均切段长度、几何标准差有二次非线性关系,因素的交互项中仅机器作业速度与切碎滚筒转速的交互项对籽粒破碎率、茎秆平均切段长度有显著影响。对切碎滚筒转速进行圆整,得到最优参数组合为：机器作业速度为1.35m/s,动刀切割前角为52°,切碎滚筒转速为1350r/min,此时果穗损失率为1.1%,籽粒破碎率为0.23%、籽粒损失率为0.74%、茎秆平均切段长度为30.73mm、几何标准差为1.28。与田间试验结果对比可知,回归模型有很好的可靠性。将最优组合试验结果与优化前的参数组合（机器作业速度为1.11m/s,动刀切割前角为53°,切碎滚筒转速为1657r/min）得到的结果进行比较可知：优化后较优化前果穗损失率降低0.4%,籽粒破碎率降低0.784%,籽粒损失率降低1.318%,茎秆平均切段长度缩短12.20mm,几何标准差减少0.34。优化后试验指标低于标准规定的指标值,满足设计要求。     

青花椒采收机环切式穗枝分离装置设计与试验

青花椒采收过程中，果皮上散生多数突起的油苞极易破裂导致果实干后变黑，有效成分挥发而严重影响质量。青花椒的油苞破损程度直接影响其品质，在保证花椒低油苞破损率的前提下，为实现花椒机械化采收，基于枝条环切原理，设计了一种花椒采收机的穗枝分离装置。通过理论分析得到影响采收效果的结构参数和作业参数，并根据花椒枝条物理特性和加工经济性进行优化。选取环切式穗枝分离装置的环切刀刃口角度、环切刀转速和枝条进给速度为试验因素，以花椒采收效率和油苞破损率作为评价指标，进行了单因素试验及二次正交旋转组合试验。采用响应曲面法对试验结果进行分析并找出主控因素，运用Design-Expert软件的多目标优化算法进行参数优化。结果表明，枝条进给速度是影响花椒采收效率和油苞破损率的主要因素，枝条进给速度与花椒采收效率成正比关系。各因素对花椒采收效率和油苞破损率的影响程度由大到小依次为枝条进给速度＞环切刀转速＞环切刀刃口角度。随着枝条进给速度的增加，花椒采收效率迅速提高，花椒油苞破损率先缓慢增加后急剧增加。随着环切刀转速的增加，花椒采收效率并无明显增加，在枝条进给速度＜0.4 m/s时，花椒油苞破损率随环切刀转速增加先小幅减小后趋于平稳最后小幅增加，在枝条进给速度＞0.4 m/s时，花椒油苞破损率随环切刀转速增加平稳减小。该装置最优参数组合:环切刀转速2 800 r/min，枝条进给速度0.45 m/s，环切刀刃口角度25°。样机田间试验表明，花椒采收效率和油苞破损率分别为50.7 kg/h和6.7%，优于目前人工采摘作业效果。      

螺旋槽式水稻穴直播排种器设计与性能试验

为满足水稻田间精量成行成穴机械直播要求,设计了一种螺旋槽式水稻田间精量穴直播排种器。应用Matlab软件对排种过程中螺旋槽内水稻芽种的运动轨迹进行了研究。采用二次回归正交旋转组合设计,以排种轮工作转速、螺旋槽长度、螺旋槽升角为试验因素,穴径合格率、穴粒数合格率和漏播率为指标,利用JPS-12型排种器检测试验台对排种性能进行试验,并运用Design-Expert 6.0.10软件对试验数据进行分析,得到因素与指标之间的数学模型。试验结果表明:当螺旋槽升角为71.0°、螺旋槽长度为10.8 mm、排种轮工作转速为23.2 r/min时,穴径合格率、穴粒数合格率和漏播率分别为91.06%、94.64%和3.64%,排种性能满足水稻田间播种的农艺要求。     

自走式全混合日粮制备机取料仿真与参数优化

针对国内自走式全混合日粮制备机缺乏取料机理和参数优化的现状,对自走式全混合日粮制备机的取料机构进行设计与分析,建立了取料作业的理论模型,并对螺旋叶片螺距、螺旋叶片直径、辊筒转速、前进速度、每刃进给量和取料刃长比等关键参数进行了计算和选取。采用EDEM对影响取料过程的前进速度、辊筒转速、螺旋叶片螺距、刀刃长比因素采用正交试验方案进行了仿真分析,并对仿真结果进行方差分析。分析表明,各因素对取料效率影响的主次顺序为：前进速度、螺旋叶片螺距、刀刃长比、辊筒转速,各因素对回流率影响的主次顺序为：螺旋叶片螺距、刀刃长比、辊筒转速、前进速度。综合考虑取料效率和回流率,最优参数组合为前进速度为4 m/min、螺旋叶片螺距230 mm、取料刀刃长比1.8、取料辊筒转速230 r/min。此时取料效率为82.6 m3/h,回流率为38.93%。采用最优参数组合进行试验,试验测得取料效率为77.02 m3/h,回流率为39.76%,与仿真分析基本一致。