甘蔗收割机配对刀片相对位置对切口的影响

切段式甘蔗收割机切段刀辊切割甘蔗过程中出现的碎屑和切口爆裂等问题,会造成甘蔗质量损失、蔗汁流失和产生较多的葡聚糖,增加甘蔗收获田间损失和制糖成本。为此,以切割甘蔗过程中切段刀辊配对刀片之间的位置关系对切割质量的影响为研究对象,利用仿真软件对配对刀片切入甘蔗的过程进行了仿真,用高速摄相机在1 280×800分辨率下以2 000fps速率记录了刀片切入甘蔗过程。对切入过程中甘蔗不同的状态进行了力学分析,研究了配对刀片的刃口间距对切割过程中碎屑的产生和切口端面轴向高度差的影响。结果表明:配对刀片切入甘蔗过程中,上刀片先切入甘蔗,下刀片随后切入,在切断甘蔗的过程中有碎屑产生;试验条件下,甘蔗直径对切口质量有影响,刃口间距为6mm时蔗段切口质量最佳,单位切口损失量为0.23g,切口端面轴向高度差为8.2mm。本研究成果对调整切段刀辊刀片具有一定指导意义。     

光刃刀片切割甘蔗茎秆破坏过程高速摄像分析

在自制的单圆盘根切器试验台上,利用高速摄像机拍摄了甘蔗茎秆在光刃刀片切割时的破坏过程。分别对一刀切割和两刀切割模式下,发生根茬"无破损"、"蔗皮破损"、"劈裂破损"和"爆裂破损"的破坏过程进行了研究,分析了切割速度和切割方式对各种破坏模式的影响。结果表明:切割过程中甘蔗茎秆的破坏主要表现为在切割过程后期造成的蔗皮、蔗芯撕裂或劈裂;两刀切割时,甘蔗茎秆在被第1刀切割过程中发生扭转变形,甘蔗上段蔗皮、蔗芯撕裂严重,而根茬部分的破损较一刀切割时轻微;在本文试验条件下,采用光刃刀片切割时,刀片线速度应大于22m/s,以满足收割机对根茬切割质量的要求。     

基于断裂力学的甘蔗切割裂纹应力强度因子分析

甘蔗属于一年生或多年生宿根热带和亚热带草本植物,宿根切割质量对于甘蔗来年的长势有重要影响。本文探究甘蔗茎秆的切割机理并基于断裂力学理论研究甘蔗裂纹的起裂与扩展过程,为提高宿根切割质量提供理论基础。基于根切器与茎秆的相互作用关系,构建刀具切割茎秆的力学模型,探究切割力等影响因素并基于高速摄像技术观察茎秆切割过程;发现影响切割性能(弯矩、切割力等)的因素主要与甘蔗茎秆及根切器的机械力学特性(直径、密度及茎秆倾斜角度等)、根切器的运动参数(切割频率、切割深度)以及土壤情况等因素有关。高速摄像试验结果表明,多刀切割会增加甘蔗宿根破头、拔根的概率,其由于在一刀切割完成后,茎秆产生凹坑、裂纹等缺陷,在茎秆自身重力及外载的作用下缺陷发生扩展,导致宿根发生破坏。基于断裂力学理论从茎秆内部裂纹入手,分析裂纹起裂条件和影响断裂角的因素并探究裂纹参数对于裂纹尖端应力强度因子以及扩展量的影响。研究结果表明：裂纹角度及数量的改变导致裂纹的开裂类型为复合型裂纹,其中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为主要开裂类型;应力强度因子随裂纹角度的改变有较大的波动以及裂纹开裂方向和扩展量的变化是由于裂纹角度的改变影响了最大主应力与裂纹扩展面...     

单圆盘甘蔗切割器结构参数对破头率影响的研究

通过单因素试验获得试验数据,利用数学软件SPSS对数据进行回归分析,建立破头率与单圆盘甘蔗切割器结构参数之间的数学模型,利用Mathcad绘制数学模型曲线,研究单圆盘甘蔗切割器结构参数（刀片数、刀片切割角、刀片刃角）对破头率的影响趋势。研究表明：破头率随着刀片数的增加而减小;刀片切割角对破头率的影响不大;刀片刃角小于1...     

光刃刀片切割甘蔗茎秆时根茬破坏力学分析

甘蔗根茬破损会影响到宿根质量,通过建立甘蔗茎秆切割过程中的力学模型,对根茬的破坏进行了力学分析.结果表明：甘蔗茎秆受一刀切割时,根茬破坏的模式有劈裂和弯曲断裂;受两刀或多刀切割时根茬破坏模式有因扭转而产生的纵向裂纹,因弯曲而产生的劈裂和弯曲断裂.推导了根茬在切割过程中受到的剪应力、弯曲应力计算公式,给出了破坏准则.     

甘蔗收割机单圆盘切割器切割运动分析与仿真

为研究收割机单圆盘切割器运动对甘蔗切割质量的影响,提高切割器的切割质量,根据单圆盘切割器运动方程,结合甘蔗收割要求,建立单圆盘切割器不漏割一般条件式,对不漏割最大速比与切割器结构参数之间的关系进行分析,并利用机械动力学仿真分析软件ADAMS建立切割器连续切割多根甘蔗的运动学仿真模型,进行了刀片刃线上单点及刀片刃线的运动轨迹仿真分析研究,验证了不漏割一般条件式的正确性,为甘蔗收割机结构参数设计提供依据.     

单圆盘甘蔗切割器影响破头率的运动学仿真

利用有限元软件ANSYS对甘蔗切割进行有限元分析,制定了单圆盘甘蔗切割器切割甘蔗的坏切割状态判别标准,通过物理试验制定了刀盘压破蔗头的判别标准.利用动力学仿真分析软件ADAMS进行了切割器连续切割多根甘蔗的运动学仿真,定量研究了影响切割状态和压破蔗头的各因素及交互作用对破头率的影响机理.结果表明.小频率和小速比、小振幅和少刀片的组合有利于降低破头率,当频率、振幅为零,速比为24,倾角为15°,刀片数目为2片时破头率为6.7%.     

单圆盘甘蔗切割器切割破头率影响因素的试验

利用甘蔗切割综合试验台,对影响甘蔗切割破头率的因素进行了室内试验。采用数理统计方法及优化、仿真技术,建立了相应的数学模型,探讨了田间因素和结构因素对甘蔗破头率的影响机理。在频率、振幅取最小值和软、硬2种土壤条件下,分别对因素进行了优化,结果表明频率、振幅对破头率影响大,因素较优组合为:刀片刃角21°,刀片切割角30.5°,刀盘倾角11.5°,刀片4片。破头率小于11%。     

甘蔗收割机前进速度与切割器转速的匹配

甘蔗收割机的前进速度与根部切割器转速的匹配是确保收割机工作效率和切割质量的先决条件,同时也是确定甘蔗收割机各执行机构工作参数及其动力传动系统设计的重要理论依据之一。以华南农业大学自主研制的4ZZX-48型整秆式甘蔗收割机为研究对象,根据甘蔗的切割机理、圆盘切割器不漏割的条件和避免多刀切割的条件,分析收割机在收获过程中前进速度与切割器转速的相互匹配关系,并对甘蔗收割机的具体结构参数进行了计算和大田观察试验验证。结果表明:在保证根茬切割面质量(切割器转速大于500r/min)的条件下,收割机前进速度较快时,切割器的转速也应相应地较快,才能避免或减少多刀切割和漏割现象。     

双刀盘甘蔗切割器工作参数的试验优化研究

采用二次回归正交旋转设计的试验方法,模拟甘蔗在湿土和干土里的固定情况,对双刀盘甘蔗切割器切割甘蔗破头率的影响因素(刀盘转速、前进速度、切割角、刀片数量、刀片刃角、刀盘前倾角)进行了室内物理模拟试验;运用数理统计分析、数学建模及计算机优化方法,建立了在湿土和干土两种条件下的影响因素与甘蔗破头率之间的数学模型;在湿土和干土综合条件下,对影响因素进行优化,结果使甘蔗破头率降至8.18%以下。     

基于回归Kriging代理模型的吸油烟机用多翼离心风机优化

为提高风机系统的最大风量来达到吸油烟机性能改善的目的,采用一种代理模型方法对多翼离心风机的叶轮进行优化设计.确定多翼离心风机的关键参数:叶片出口角β₂、叶片最大弯曲度f和叶片出口位置Δφ及其参数变化范围,利用最优拉丁超立方试验设计方法生成44组样本.结合高可信度的计算流体力学(CFD)构建能准确反映3个设计变量与最大风量之间关系的回归Kriging模型,利用遗传算法对其进行寻优,并采用最小化代理模型预测(MSP)的加点准则达到优化收敛条件.研究结果表明:构建的回归Kriging模型能准确反映设计参数与最大风量的映射关系.对最优的叶轮设计参数进行模型试验,显示优化后的叶轮使得油烟机最大风量提高了4.4%,并且在多个工况下风量和效率均有一定程度提高.     

电动叶菜多功能采收机切割机构设计与仿真优化

针对绿叶菜收获拟采用双动刀往复式切割器进行结构设计,并基于切割图进行切割器性能优化。通过分析切割图中一次切割区、重割区和漏割区对切割性能的影响,确定漏割区面积为0、重割率最小时割刀切割性能达到最优,以此为依据对切割器进行优化设计。针对现有切割图绘制与分析方法不能同时兼顾高精度和易操作的问题,综合运用SolidWorks和Adams软件进行切割图绘制,并使用Image Pro Plus软件获取图中数据对切割图定量分析与评价。针对现有切割图评价指标不能显著反映刀片尺寸参数和割刀运动参数共同影响切割性能变化问题,提出以漏割距离、重割率为评价指标来反映三区域的变化,并以此为目标值,基于现有刀片尺寸参数优化其切割性能。研究提出采用切割图绘制、分析、评价方法进一步优化切割性能,分析割刀尺寸参数（刀片前宽、刀片高度、刀片节距）和切割器运动参数（切割速比）对漏割距离和重割率的影响,采用Box Behnken中心组合试验设计理论进行四因素三水平仿真试验。试验结果表明,刀片前宽、刀片高度、刀片节距、切割速比对漏割距离和重割率均有显著影响。参数优化结果：当刀片前宽为5 mm、刀片高度为32 mm、刀片节距为30 mm、切割速比为0.7时,漏割区面积为0、一次切割率为88.26%、重割率为11.74%,与优化前相比,漏割面积仍为0,但一次切割率提高了6.18%,重割率降低了6.18%。     

基于数值模拟的水田刀片切泥制浆功率损耗分析

针对水稻稀泥育秧制浆机刀片切割泥浆过程中的功率损耗问题,运用Box-Benhnken design(BBD)中心组合方法对水田刀片参数进行了试验研究。根据折弯角、折弯高度、副刀角度3因素进行正交试验设计,建立3维响应面模型,分析了各因素对功率损耗的影响;同时采用数值模拟对水田刀片切割泥浆的作业过程进行仿真,并与泥浆槽实验结果对比分析。研究结果表明:①功率损耗影响显著性顺序为折弯高度>折弯角>副刀角度,其对功率损耗的贡献率分别为2.35、2.26、1.46;②在研究范围内,折弯角越大、折弯高度越小、副刀角度越小,越能够节省功率损耗;③泥浆槽试验与计算流体动力学商用软件模拟的均值误差为7.44%。     

甘蔗收获机入土切割深度控制系统研究

甘蔗入土切割可以有效降低根切破头率,由于西南丘陵山地蔗田凹凸不平,现有甘蔗收获机难以控制刀盘进行入土切割作业,导致甘蔗机收产生大量根切破头。针对以上问题,本文利用自行研制的甘蔗入土切割试验台,基于角度传感器、切割压力传感器,设计了一种多传感器数据融合的入土切割控制系统,开发了基于PID算法的刀盘高度控制策略,运用Matlab/Simulink构建系统仿真模型。仿真结果表明,入土切割控制系统的稳定时间为0.67 s,超调量为8.6%。为验证入土切割控制系统的作业效果,以前进速度、地面波长和地面振幅为试验因素模拟蔗田路面,进行了台架试验。试验结果表明,当前进速度为1 km/h、地面波长为1 m、地面振幅为4 cm时,最小平均入土切割深度误差为3.26 mm。当前进速度为3 km/h、地面波长为1 m、地面振幅为12 cm时,最大平均入土切割深度误差为8.87 mm,刀盘可以保持入土切割。研究可为入土切割控制系统的开发提供数据支撑和理论依据。     

基于离散元法的筑埂机旋耕切削性能研究

为提高水田筑埂机筑埂质量和工作效率,探究旋耕弯刀的结构参数和工作参数对筑埂机旋耕切削性能的影响,构建了旋耕弯刀—土壤的离散元模型,同时对旋耕弯刀工作时复杂的受力情况进行分析。以IT245旋耕刀为基础,设计了几种不同的旋耕刀片,分别以旋耕弯刀结构参数和工作参数为试验因素,单位幅宽扭矩和扭矩为试验指标,进行两组正交试验。通过极差分析,得到影响旋耕弯刀功耗的3种主要工作参数,并探究其对旋耕弯刀碎土效果的影响规律。综合分析得到旋耕弯刀参数最优组合为:正切面端面刀高60mm,侧切刃包角27°,弯折角120°,幅宽60 mm,工作转速300 r/min,前进速度0. 3 m/s,工作深度100 mm。该研究为探讨刀具与土壤相互作用机理、降低水田筑埂机作业能耗及提高碎土效率提供了参考。     

巨菌草收割装置发展现状及趋势

巨菌草收割是菌草产业中劳动强度最大的工作环节之一。在国内，目前对巨菌草切割的相关研究较少，没有有效巨菌草茎秆切割装置。首先，通过对巨菌草的茎秆拉伸、压缩和弯曲等力学特性，以及直径和含水率等影响茎秆的抗拉压强度因素进行综述，对比不同的茎秆切割器研究现状得出:合理匹配圆盘式切割器结构参数与运动参数能够减小重割和漏割，而往复式切割的切割速度对剪切力影响较小，切割间隙和切割刀片组合形式对剪切力影响大。其次，指出虚拟仿真技术这一较新的技术领域，为探究切割装置提供了新的技术方法。最后，提出巨菌草收割目前存在的问题以及切割装置在未来应向智能化和多功能化发展的观点。      

制种玉米父本整秆切除铺放机设计与试验

为了提高制种玉米生产管理的机械化水平,设计了一种父本整秆切除铺放机,主要由切割机构、茎秆输送机构和液压传动系统等组成。切割机构采用斜向无支撑旋转切割方式,根据玉米植株被完全切断的条件,结合设计的一字型刀片结构参数,确定了刀片的旋转角速度,通过刀片的运动分析,验证了刀片结构的合理性;茎秆输送机构采用装有长、短夹齿的回转输送链和压杆相互配合的方式,通过对输送过程中茎秆受力和输送链运动分析,得出了茎秆被牢固夹持并有序输送时的相关技术参数;留茬高度调节由升降油缸驱动平行四边行机构实现,刀片和输送链由负载敏感液压系统传动实现。田间试验表明,设计的制种玉米父本整秆切除铺放机性能稳定、可靠,切断率为100%,铺放整齐率达95%,满足了机械化父本切除作业的要求。     

油菜铺膜打孔播种机滚动式割膜打孔装置设计与试验

针对现有油菜播种膜上成穴打孔装置实际作业过程中存在膜孔尺寸偏大、形状不规则及膜孔粘连等问题，基于滑切原理设计了一种滚动式割膜打孔装置，确定了打孔装置和仿形机构结构参数，建立了打孔装置运动学模型，分析确定了影响膜孔长度的主要因素及其取值范围。运用DEM-MFBD耦合仿真，采用三因素三水平回归正交试验，以整机前进速度、纵向刀片长度、纵向刀片高度为试验因素，膜孔长度和孔距差值为评价指标进行仿真试验，结果表明：各因素对膜孔长度的影响由大到小依次为纵向刀片长度、整机前进速度、纵向刀片高度，各因素对孔距差值的影响由大到小依次为纵向刀片高度、整机前进速度、纵向刀片长度。整机前进速度为3.3 km/h、纵向刀片长度为34 mm、纵向刀片高度为31 mm时，膜孔长度为44.78 mm、孔距差值为0.64 mm,打孔性能较优。以较优参数组合开展了滚动式割膜打孔装置田间试验，结果表明膜孔平均长度为43.15 mm,膜孔长度稳定性变异系数为3.86%,平均孔距差值为-1.32 mm,膜孔孔距误差为4.22%,满足油菜播种割膜打孔要求，该研究可为油菜铺膜播种机割膜打孔装置提供参考。     

水稻根茬-土壤复合体剪切特性试验

为了降低稻茬地少耕免耕过程中的阻力,提高作业质量,同时为破茬开沟装置提供设计依据,采用自制的剪切试验装置在万能材料试验机上对水稻根茬-土壤复合体进行了剪切试验,对根茬-土壤复合体含水率、土壤容重、根茬-土壤复合体的当量直径、剪切位置、剪切速度、切刃刃角、切刀刃口形状7个因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上选取根茬-土壤复合体含水率、剪切速度、切刃刃角3个因素进行了正交试验。单因素试验结果显示:极限剪切应力与复合体的含水率呈二次多项式函数关系,与土壤容重呈幂函数关系,与根茬-土壤复合体直径呈二次多项式函数关系,与剪切速度呈对数函数关系,剪切位置距离根茬中心越远极限剪应力越小,切刃刃角越小极限剪切应力也越小;在4种形状的刃口切刀中,凹圆弧切刃的极限剪切应力最小。正交试验结果表明:切割速度450 mm/min、含水率25%、切刃刃角15°时,极限剪切应力最小。     

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。