轴流弓齿式食葵脱粒装置设计与试验

针对现今食葵脱粒过程中普遍存在的脱粒不完全和籽粒易受损等问题,设计一种针对食葵收获机脱粒的轴流弓齿式食葵脱粒装置,并对葵盘在脱粒装置中的受力情况进行分析。借助离散元仿真软件EDEM对食葵盘在滚筒内部的轴向速度、轴向位移以及运动路径进行分析。通过单因素试验获得了含水率、滚筒转速以及喂入量等因素对籽粒破损率及未脱净率的影响规律。根据单因素试验结果,以含水率、滚筒转速以及喂入量作为试验因素,以食葵未脱净率和破损率作为评价指标进行正交试验,利用Design expert对试验结果进行了方差分析,建立了影响因素与评价指标的回归模型,明确了各因素对滚筒实际工作效果的影响程度。基于响应曲面法,以低破损率和未脱净率为目标,对含水率、滚筒转速以及喂入量进行多目标寻优求解,得到最佳作业参数组合,即含水率22%、喂入量1.45 kg·s^-1、滚筒转速318 r·min^-1。为了确保参数组合的可靠性,对最佳参数组合进行验证试验,结果显示,籽粒未脱净率0.51%、破损率0.67%,满足我国机械行业标准。     

4LZY-7型全喂入油菜联合收获机的设计与试验

为解决西北地区油菜机械化收获中存在损失率高、作业效率低等问题,设计并试制了一种可一次性完成收割、脱粒、分离、清选、入仓等一体化作业的4LZY-7型全喂入油菜联合收获机。结合现有稻麦联合收获机,并针对油菜的生物特性及其收获时的农艺要求,对样机核心部件的作业机理进行了分析,并对样机关键部件进行了设计,确定了割台系统、脱粒系统和清选系统的工作参数。田间试验结果表明,当作业速度在0.8~1.2 m·s^-1之间,拨禾轮线速度在1.4~1.8 m·s^-1之间,即速比取1.5~2.25时割台损失率为2.35%;脱粒滚筒的圆周速度在15~20 m·s^-1之间,脱粒间隙为20 mm时,滚筒的脱净率大于96.9%;风机出口处风速为4.07 m·s^-1,筛面倾斜角度为16±2°时,筛出物菜籽含量为0.11%,粮仓含杂率为2.83%。即整机损失率最高为3.95%,粮仓含杂率最高为2.83%,机械破碎率最高为0.2%。各项试验指标均符合国家和行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求。     

巴旦木分级破壳机设计与试验

为解决巴旦木破壳机械生产效率低、破壳率低和核仁损伤量大等问题，通过研究坚果破壳原理，选用适宜机械加工的大巴旦木（‘莎车3号’）为研究对象,设计了巴旦木分级破壳机，同时进行巴旦木尺寸、破壳力加载方向及加载速度、巴旦木含水率的物料特性分析。结果表明：破壳机破壳辊间隙和含水率对巴旦木破壳力和变形量影响显著。使用试验法优化了巴旦木分级破壳机构工作参数，当两轧辊间距离调整为Ⅰ级14 mm、Ⅱ级13 mm和Ⅲ级12 mm，含水率控制在9.8%～10.5%范围内，转速为1 000 r·min^-1时，测得平均破壳率为95.57%，平均破损率为3.37%，满足实际生产需求。     

自走式青稞联合收获打捆一体机参数优化与试验

为进一步研究提升自走式青稞联合收获打捆一体机工作性能,结合课题组前期研究基础与试验结果,以样机前进速度、纹杆-杆齿组合滚筒转速、脱粒间隙和打捆装置主动带轮转速为自变量,籽粒破碎率、碎芒率和成捆率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与籽粒破碎率、碎芒率和成捆率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：4个因素对籽粒破碎率影响的主次顺序为纹杆-杆齿组合滚筒转速、脱粒间隙、样机前进速度和打捆装置主动带轮转速;对碎芒率影响的主次顺序为纹杆-杆齿组合滚筒转速、样机前进速度、脱粒间隙和打捆装置主动带轮转速;对成捆率影响的主次顺序为打捆装置主动带轮转速、脱粒间隙、纹杆-杆齿组合滚筒转速和样机前进速度。该一体机最佳工作参数为：样机前进速度为1.95 m·s^-1,纹杆-杆齿组合滚筒转速为864 r·min^-1,脱粒间隙为13 mm,打捆装置主动带轮转速为600 r·min^-1。田间验证试验表明,自走式青稞联合收获打捆一体机作业的籽粒破碎率均值为1.32%、碎芒率均值为97.58%、成捆率为98.36%,表明在优化工作参数条件下一体机能够降低青稞在机械化收获过程中的籽粒破碎,解决了青稞机械化收获中不易碎芒、秸秆回收劳动强度大的难题。     

甩刀式马铃薯杀秧机的设计与试验

针对马铃薯收获机在收获时薯秧缠绕,影响机械化作业的问题,设计了甩刀式马铃薯杀秧机。对关键部件甩刀的形状、数量、排列和运动进行了理论分析,确定了其结构及主要参数,对样机进行了田间试验。以甩刀的转速、机具前进速度及刀片类型为因素,以茎秧漏打率和功耗为试验指标进行了正交试验,田间试验表明,甩刀式马铃薯杀秧机的最佳工作参数为：甩刀转速1 700 r·min^-1、甩刀刀片类型Y型、机具前进速度3.8 km·h^-1 。该机工作性能稳定,茎秧漏打率为1%,达到了技术规范设计要求和生产农艺要求。     

旱塘瓜开沟施肥覆膜覆土复式作业机设计与试验

设计了旱塘瓜开沟施肥覆膜覆土复式作业机,突破了化肥精量深施、开沟入土部件节能降耗、沟底无损覆膜等技术难题,可实现旱塘瓜田的化肥深施、开沟起垄、沟底覆膜、膜上覆土的机械化复式作业。该机由机架、三点悬挂机构、传动机构、开沟起垄机构,施肥机构、覆膜机构等组成,可完成侧条施肥深度10~15 cm,施肥量2.7~4.1 kg·hm^-2精量可调,满足了西北旱塘瓜的化肥深施农艺要求;沟底覆盖的农膜无损伤,且与沟底、沟壁贴合,不仅起到了增温保墒的作用,并有效抑制了杂草生长,使得旱塘瓜全生育期无需施用除草剂;整机功耗＜40 kW。该机具经过田间性能试验验证,当作业地块平整,机具行进速度为匀速0.5 m·s^-1左右时,采光面机械破损程度为41.6 mm·m^-2,膜边覆土厚度27.3 mm,膜边覆土宽度44.6 mm,膜边覆土厚度合格率96.1%,膜边覆土宽度合格率95.6%,地膜纵向拉伸率92.3%,排肥均匀性变异系数5.6%,开沟深度32.5 cm。试验结果表明相关性能指标均已达到国家标准以及农艺要求,能够实现旱塘瓜开沟施肥覆膜覆土机械化作业,适宜推广应用。     

丘陵山地藜麦联合收割机设计与试验

我国藜麦多种植于高海拔、丘陵山区，种植地块小、坡度大、道路狭窄，为降低普通稻麦联合收割机收割藜麦损失大、含杂高、喂入不畅等问题，本研究针对藜麦种植农艺和茎秆特性设计了一种丘陵山地藜麦联合收割机。该机采用小行距扩口链齿喂入装置，配合下割刀、纹杆与杆齿组合式纵轴流脱粒滚筒、组合式分离凹板、双层往复式振动筛等装置，实现藜麦顺畅喂入、脱粒与分离、清选作业，对关键部件进行设计仿真，并进行田间试验。仿真结果表明：藜麦分禾喂入过程分禾角度较小，不会产生茎秆折损。试验结果表明：藜麦籽粒含水率14%、茎秆含水率为26%时，脱净率96.83%、含杂率4.30%、破损率0.15%、割台损失率1.54%、夹带损失率0.92%、清选损失率0.52%、总损失率2.98%。作业期间整机运行平稳，满足藜麦机械化收获要求与作业指标，可以作为丘陵山地藜麦联合收割机使用。本文可为藜麦联合收割机设计与试验提供一定参考。     

压力补偿式灌水器水力性能及抗堵塞性能试验研究

为探究压力补偿灌水器水力性能和抗堵塞性能,以华维节水科技集团有限公司生产的压力补偿灌水器为试验件,测试并评价了11种入口压力（50~350 kPa）下水力性能和3种不同浓度浑水（3、5 g·L^-1和7 g·L^-1）下抗堵塞性能。结果表明：在压力补偿弹片结构和环形迷宫流道结构的共同作用下,灌水器均匀度高、压力补偿性强,流态指数0.006,补偿区间110~350 kPa,起调压力50 kPa,其相对流量随着灌水次数的增加呈波动性减小;灌水器堵塞率随灌水次数的增加呈上升趋势。经过40次灌水后,3、5、7 g·L^-1浓度浑水条件下,灌水器的堵塞率分别达到20.8%、29.2%和52.1%,灌水器的抗堵塞性能随浑水浓度增加而逐渐降低,当泥沙浓度为5 g·L^-1和7 g·L^-1时,堵塞率显著上升,而在泥沙浓度3 g·L^-1条件下,抗堵塞性能良好,且有效使用时间可延长29.73%～41.89%。研究成果对压力补偿灌水器在实际工程中的应用具有指导意义。     

灌溉量对马铃薯生理特性及 块茎产量品质的影响

以 “大西洋”马铃薯品种为试验材料,在甘肃省中部沿黄高扬程灌区的白银市景泰县条山农场马铃薯种植基地设置小区试验,在各发育阶段分别设置5个水分梯度（原灌溉量的50%、75%、100%、125%和150%,其中原灌溉量,即100%灌溉量,为当地常用的、维持试验地25.8%左右土壤含水率的灌溉量）,探讨马铃薯各发育阶段灌溉量对其生理特性及块茎产量、品质的影响。结果表明,在马铃薯的各发育阶段,随着灌溉量的增加马铃薯叶片净光合速率 (P_n)和蒸腾速率(T_r)分别先增加到最大值30.19 μmol·m^-2·s^-1、12.50 mmol·m^-2·s^-1,而后减小。当灌溉量为50%和150%时叶片P_n较100%灌溉量分别降低35.06%和19.59%。在不同发育阶段马铃薯叶片的生理活性对灌溉量表现出敏感响应。幼苗期75%灌溉量马铃薯叶片叶绿素含量、P_n和水分利用效率（WUE）分别为0.86 mg·g^-1、21.88 μmol·m^-2·s^-1、2.29 μmol·mmol^-1,较100%灌溉量分别提高了14.15%、0.31%、3.80%,而MDA含量、SOD活性及CAT活性最低,较100%灌溉量分别降低了8.40%、11.69%、8.23%;发棵期100%灌溉量处理下P_n和WUE最高,较50%灌溉量处理分别提高了53.99%、24.85%,此时脯氨酸含量、可溶性糖含量、POD活性最低,分别为89.06 μg·g^-1、143.45 μmol·g^-1、438.14 U·g^-1,同时超氧阴离子产生速率较50%灌溉量也降低了26.07%;结薯期125%灌溉量处理的P_n和WUE最高,较100%灌溉量分别提高了19.16%、6.76%,而SOD、POD活性较100%灌溉量分别降低了0.93%、6.23%;成熟期75%灌溉量马铃薯叶片P_n最高,较其余各灌溉量处理的P_n分别提高了38.64%、13.81%、14.16%、21.27%,而MDA含量、超氧阴离子产生速率分别为21.107 μmol·g^-1、6.07 nmol·min^-1·g^-1,较100%灌溉量分别降低了19.35%、2.26%。同一生育期低灌溉量（50%灌溉量）块茎中淀粉含量较低。在幼苗期75%灌溉量处理使得块茎的可溶性蛋白含量较100%灌溉量处理提高6.20%。发棵期100%灌溉量块茎中淀粉含量达到最高（15.14%）,而结薯期125%灌溉量处理的块茎可溶性蛋白含量处于最高水平,较100%灌溉量下提高4.61%。成熟期75%灌溉量块茎淀粉含量处于最高水平,较100%灌溉量提高12.77%。结合块茎的总鲜重、商品薯率、淀粉含量、维生素C含量、可溶性蛋白含量、还原糖含量等指标,可知在幼苗期、发棵期、结薯期、成熟期灌溉量分别为原灌溉量的75%、100%、125%、75%时马铃薯块茎品质最优而且产量最高,分别为654.30、650.60、773.00、703.53 g·株^-1。     

沙棘冻果筛分装置设计与仿真分析

为降低甘肃产区沙棘加工企业沙棘枝条果脱果、筛分除杂后的纯果含杂率，在传统的ZKB型直线振动筛基础上，设计了配置3层筛片的直线振动筛，其中3层筛片筛孔直径分别为12、8、5 mm。使用离散元仿真分析软件，并以振动筛振动方向角、振幅和频率为自变量、振动筛筛分效率和筛分速度为响应值，采用综合评分法设计正交试验，对各个因素及其交互作用进行分析。结果表明：当振动方向角为45°、振幅为2 mm、振动频率为18 Hz时筛分效果最好。在此条件下进行样机试验，下层筛筛分效率、筛分速度分别为85.3%、0.33 m·s^-1，上层筛筛分效率、筛分速度分别为85.9%、0.38 m·s^-1，该机主要设计指标符合相关国家标准，满足企业对筛分效率的需求。样机实地试验与仿真试验对9组试验数据的4个指标差异、最佳振动参数的研究结果趋于一致。     

抛膜钉齿式残膜弧形起膜捡拾装置设计与田间模拟试验

现有残膜回收机起膜装置难以彻底刨出土壤耕层内残留的多年废弃地膜,致使地膜继续沉积,严重破坏土壤再生能力。针对现有起膜装置碎片回收率低、漏收率较高的问题,设计了一种弧形起膜捡拾装置配合抛膜弹齿式残膜回收机使用,该装置主要由输膜辊、喂入辊、U形喂入齿、起膜杆齿、弧形钉齿等组成。在阐述整体结构、具体工作原理及主要部件设计特点的基础上,通过理论计算确定主要工作部件的结构参数。对弧形起膜捡拾装置主要部件进行受力分析和运动机理分析,并建立了运动学模型,分析得出弧形钉齿运动轨迹为余摆线,根据总体机构的运动学模型和钉齿尖运动模型的对比计算,得出残膜不漏扎、不漏挑的条件。利用Comsol软件对主要工作部件进行多体动力学和多物理场田间模拟试验,追踪粒子轨迹,以平均颗粒流速、平均横向颗粒速度、质量流率及旋转轴总力矩为试验因变量进行正交仿真试验,试验结果表明最优参数组合为工作速度1.2 m·s~(-1)、入土深度35 mm、挑膜转速55 r·min~(-1)。该工作参数下试验结果分别为平均颗粒流速0.9738 m·s~(-1),平均横向颗粒速度0.0278 m·s~(-1),质量流率0.0091 kg·s~(-1),钉齿总力矩38.9576 N·m。     

棉花秸秆无筛粉碎机的设计与试验

针对棉花秸秆因木质化程度较高、韧性强,还掺有棉絮,在有筛粉碎机粉碎过程中排料困难、筛片易堵塞等问题,设计了一种棉花秸秆无筛粉碎机,通过调整出料口面积来实现粉碎室内气体流量的改变,获得不同粉碎粒度的棉花秸秆成品;对粒度分级装置、粉碎刀辊等主要部件的结构进行了确定;阐述了粉碎过程中棉花秸秆的受力过程,确定了L改进型锤片的关键参数,对机具的L改进型锤片和抛送叶片进行了结构和排列设计。Fluent仿真分析结果表明：L改进型锤片相比直刀型锤片更有利于提高棉花秸秆在粉碎室内的流动性并在粉碎室内部形成更大的负压。以L改进型锤片数量、粉碎刀辊转速、出料口面积为试验因素,以棉花秸秆粉碎粒径合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,确定影响棉花秸秆粉碎粒径合格率显著性的因素由大到小分别为：粉碎刀辊转速、出料口面积和L改进型锤片数量。确定较优参数组合为L改进型锤片数量140把,粉碎刀辊转速2 660 r·min^-1,出料口面积136 500 mm²。采用较优参数组合进行样机田间试验,测得棉花秸秆粉碎粒径合格率为93.7%,能够满足棉花秸秆粉碎机实际生产需要。     

浮动式气力卷膜装置作业过程仿真分析与试验

为深入研究浮动式气力卷膜装置在残膜回收作业过程中不同工作参数对其卷膜效果的影响，利用SolidWorks Flow Simulation软件建立了浮动式气力卷膜装置内部气流场模型，模拟卷膜作业过程中气流流动的动态变化过程。采用三因素三水平Box-Behnken试验设计方法，建立风机安装角、入口气流速度、卷膜辊转速与评价浮动式气力卷膜装置作业效果相关3个不同位置处速度值（从动辊表面竖直方向气流速度v₁、卷膜辊表面水平方向气流速度v₂和导膜板下表面气流速度v₃）的数学模型，寻求浮动式气力卷膜装置的最优参数组合，并进行田间验证试验。仿真试验结果表明，当风机安装角为33°、入口气流速度为3.50 m·s^-1、卷膜辊转速为17 rad·s^-1时，评价浮动式气力卷膜装置作业效果的响应值达到最优。田间试验验证结果表明，浮动式气力卷膜装置的工作参数优化后，马铃薯收获与气力辅助残膜回收联合作业机残膜回收率为91.6%、含杂率为7.5%，达到国家与行业要求。     

秸秆还田残膜回收一体机设计与试验

为提高新疆棉田残膜回收机械化水平,解决机具残膜回收率低、含杂率高等问题,研究设计一种秸秆还田残膜回收一体机。根据新疆棉花的种植模式和田间作业要求对整机的关键零部件进行设计,确定了甩刀型粉碎刀、绞龙转速为1 500 r·min^-1、捡膜滚筒回转半径为245 mm、脱模板回转半径为278.5 mm等零部件参数。选取机具行进速度、捡膜齿入土深度、输出轴转速为影响因素,以残膜回收率、含杂率为试验指标,设计三因素三水平正交试验并进行测试,确定了最优参数组合：机具前进速度7 km·h^-1、捡膜齿入土深度25 mm,输出轴转速760 r·min^-1。根据最优参数进行试验验证,结果表明：在最优参数组合下,残膜回收率的均值为85.03%,含杂率的均值为15.88%,其与理论值对比误差均小于3%,模型可靠。该研究成果可以满足残膜回收机田间作业要求。     

蒜头高精度动态称重信号获取与分级方法研究

针对蒜头动态称重结果稳定性差、分级效率低等问题，设计了一套蒜头自动称重分级试验台，通过巴特沃斯滤波与卡尔曼滤波对动态称重信号进行处理，以组合速度和组合成功率为目标，以预设精度、运输速度和收集箱数量为试验因素，进行多目标优化试验，研究各因素的较优组合，对滤波效果和分选组合成功率进行试验。结果表明：采用巴特沃斯与卡尔曼滤波后，在皮带输送速度120 m·min^-1下，称重最大平均误差降低到0.5 g以下、标准偏差降低到0.3 g以下，一定程度上抑制了皮带机振动引起的高频干扰信号对动态称重的影响；同时，在不同预设精度下最优参数组合的分级成功率均在95%以上，符合分选包装要求。     

仿生分拨草防堵装置的设计与试验

针对我国西南地区小麦秸秆覆盖地玉米免耕播种机内被动式清秸防堵装置作业时存在的易缠绕堵塞、种沟清秸率低、作业不稳定等问题,基于仿生学原理,以白星花金龟前后肢轮廓曲线及后肢运动轨迹曲线为仿生原型,设计了一种高清秸率、不易堵塞的仿生分拨草防堵装置。通过运动学分析,研究了关键结构参数对清秸防堵效果的影响规律,并得出最优参数组合：拨草轮运动偏角δ为30°,轮盘直径D为204 mm,拨草轮爪数量N为13个;利用Design-Expert软件和Box-Behnken试验优化设计方法,建立了拨草轮入土深度(A)、机具前进速度(B)、分草挡板偏角(C)与清秸率Y的回归数学模型,分析表明三因素对清秸率均有显著影响,且显著性C>B>A,经过优化求解获得了最优作业参数组合：拨草轮入土深度T为11 mm、机具前进速度v为4 km·h^-1,分草挡板偏角α为35°。田间验证试验表明,整机的通过性良好,土壤扰动量及其变异系数分别为20.00%和5.30%,实际秸秆清除率及其变异系数分别为90.58%和1.20%,作业质量稳定,符合免耕播种机作业的农艺和技术要求。     

垂直双排链式残膜回收机输膜卸膜装置设计与试验

针对目前残膜回收机具存在的拾净率低和含杂率高等问题,设计了一种垂直双排链式残膜回收机。阐述了整体结构和工作原理,对输送装置的关键结构及参数进行分析,开展了垂直双排链作业过程中输膜和卸膜过程的运动学和动力学研究,通过理论计算确定了主要工作部件的作业参数,获得了影响残膜回收性能的关键因素;以输送链转速、卸膜链转速和输送链转运角为试验因素,以残膜拾净率及含杂率为试验指标进行响应面试验。结果表明：影响残膜回收性能的最佳工作参数为输送链转速86.08 r·min^-1、卸膜链转速128.97 r·min^-1、输送链转运角91.92°,最优参数组合下残膜拾净率为86.3%,含杂率为36.57%。在最优参数组合下进行田间验证试验,得到最优参数组合下的残膜拾净率为86.7%,含杂率为35.9%,满足行业要求。     

基于五连杆移栽机构的自定深仿形装置设计与试验

针对现有钵苗移栽机在起伏垄面作业时栽深控制稳定性低的问题,采用栽植器仿形方法,以可编程机床控制器(program machine control)为核心,设计了自动精准定深仿形装置以实现对每行栽植器独立主动仿形。通过理论分析确定自定深仿形装置关键结构与扭矩、升降速度等参数,并设计了自定深移栽试验台。运用正交试验优化方法,研究该仿形机构作业速度、升降速度和移栽株距参数变化与栽深合格率关系。通过Box-Benhnken组合试验,得到影响栽植深度合格率的各因素由大到小为移栽株距、升降速度、作业速度。通过软件寻优得到栽深合格率最高条件下的最佳参数组合为作业转速180 mm·s~(-1)、升降速度142 mm·s~(-1)、移栽株距195 mm。台架试验表明,采用自定深仿形装置后的平均栽深合格率为91.9%,具有田间实际应用价值。