9 R-60型揉碎机试验台设计及单因素试验研究

9R-60型揉碎机目前应用非常普遍,但因其功耗大、效率低等实际问题急需对其结构参数进行优化设计。为此,在现有机型的基础上,设计并搭建了一个长、宽、高分别为718、712、687 mm的9R-60型揉碎机试验台。经过强度校核,设计了连接主轴等关键零件,在传动主轴和皮带轮之间通过联轴器、连接主轴和支架等接入JN 3 3 8-AN系列直连式扭矩转速传感器,为后续开展功率、揉碎质量等目标参数优化设计的单因素(如转子转速、秸秆喂入速度和喂入量等因素)正交试验和振动测试试验提供了平台。对揉碎机进行单因素试验表明:揉碎机揉碎质量随主轴转速的增大呈现增大的趋势,随喂入速度的增大呈现减小的趋势,随喂入量(不超过机器本身最大喂入量)的增大秸秆丝化率变化趋势几乎都在95%左右;揉碎机功耗随主轴转速、喂入量、喂入速度的增加呈现增大的趋势。     

带有径向喂入装置的揉碎机性能试验

在9R-40型揉碎机上设计安装径向强制喂入装置,通过改变揉碎机主轴转速、喂入辊转速和喂入口处锤片形状,进行揉碎机的性能试验。采用正交试验方法分析3个因素对揉碎机性能的影响,得出了生产率的最优组合参数为：揉碎机主轴转速为2980r/min、喂入辊转速为267 r/min、锤片形状是槽型锤片。带径向喂入装置的揉碎机与不带喂入装置、采用人工喂料的原机对比试验表明,生产率提高了     

揉碎机轴向喂入性能试验研究

在9R-40型秸秆揉碎机的基础上设计安装轴向喂入装置,通过改变揉碎机主轴转速进行了样机性能对比试验.试验结果表明:主轴转速为2980～2750r/min时,原机比轴向喂入样机生产率高;主轴转速为2515～2280r/min时,轴向喂入样机比原机生产率高.主轴转速为2980～2750r/min时,度电产量差别不大;主轴转速为2515～2280r/min时,轴向样机比原机度电产量高.原机揉碎度高于轴向样机揉碎度.主轴转速对轴向喂入样机的生产率和度电产量影响有明显差异:生产率在主轴转速为2980r/min时最高,为661 87kg/h;度电产量在主轴转速为2280r/min时最高,为160.49kg/kW·h.     

铡切揉碎协同式牧草揉丝机设计与试验

针对现有的牧草揉丝机效率低、揉丝质量差、对高含水率牧草不适用等问题,以苜蓿为加工对象设计了一种铡切揉碎协同式牧草揉丝机。对铡切和揉碎过程进行了理论分析,并通过设计计算确定了揉丝机的总体结构和关键部件结构参数。以生产率、丝化率为性能评价指标,进行了以电机输出转速、筛孔直径、喂入量、含水率为试验因素的单因素试验;将含水率为65%的苜蓿作为加工对象,进行了以电机输出转速、筛孔直径、喂入量为试验因素的二次正交旋转组合试验。单因素试验确定了试验因素的取值范围,探究了揉丝机对不同含水率苜蓿的揉丝效果。通过Design-Expert 12.0软件对二次正交旋转组合试验的试验结果进行了响应曲面分析、回归分析及目标优化,得到了试验因素与评价指标之间的回归方程,以生产率和丝化率同时最大化为目标,对电机输出转速、筛孔直径、喂入量进行多目标寻优求解,确定最优参数组合为：电机输出转速443.77 r/min、筛孔直径14 mm、喂入量1.27 kg/s,揉丝验证试验表明,生产率为5 065.98 kg/h、丝化率为94.87%;该装置揉丝效率高、质量好,而且能够揉丝高含水率牧草,满足牧草揉丝机设计要求。     

螺旋输送装置输送玉米秸秆功耗研究

为了降低螺旋输送装置的输送功耗,提高输送效率,通过理论分析和试验研究,建立了不同输送条件下螺旋输送粗饲料功耗的数学模型,试验研究了螺旋转速及喂入量对输送装置的输送功耗和比能产量的影响。试验结果表明:转速每增加10r/min(喂入量为定值),输送装置的输送功耗增大5~9W,喂入量每增加0.1kg/s(转速为定值),输送功耗增大10~12W;同时得知:输送含水率约24%的揉碎玉米秸秆(揉碎玉米秸秆的应用场合所要求的含水率范围为23%~75%)的最佳转速为120r/min,最佳喂入量为0.88kg/s,此时的比能产量为最高0.704~0.714kg/W。在此基础上,研究被输送物料的力学特性随含水率的变化情况及对输送功耗的影响。研究结果表明:物料的含水率每增加10%,其滑动摩擦角增大3°~5°,内摩擦角随含水率的增大呈先增大再减小的变化趋势,在一定的喂入量和转速下输送时输送功耗增大7~9W。     

盘刀式铡草机切割性能试验研究

针对盘刀式铡草机存在的生产率低、功耗大的问题,对铡草机切割器切割性能进行试验研究。利用9Z-6A型盘刀式铡草机切割试验台,以主轴转速、动定刀间隙和秸秆含水率为试验因素,以比功耗为性能指标进行切割性能试验研究。单因素试验结果表明:比功耗随着秸秆含水率的上升而上升,当含水率到达44%左右时,比功耗最大;比功耗随着主轴转速的升高先上升后下降,主轴转速为650 r/min时比功耗最大;比功耗随着动定刀间隙的加先上升后下降,在动定刀间隙为2 mm时,比功耗最高。多因素试验结果表明:试验因素对铡草机切割过程比功耗影响的主次顺序:主轴转速>动定刀间隙>含水率;当动定刀间隙为2 mm,主轴转速为650 r/min,玉米秸秆含增水率为27%时,铡草机切割过程比功耗值最高;得到了铡草机黄贮工作范围内预测比功耗的回归方程。该研究可为切碎器性能改进和实际生产提供依据。     

小麦秸秆还田机粉碎装置性能影响因素试验与优化

利用设计的秸秆还田机粉碎装置进行了粉碎试验。以壳体包角、喂入速度、动定刀间隙为试验因素,秸秆的粉碎质量、粉碎功耗为试验指标,建立了粉碎质量和粉碎功耗的数学模型。随着喂入速度、壳体包角的增加和动定刀间隙的减小,粉碎功耗增大,粉碎质量提高。利用回归方程和主目标法,进行了参数的优化设计,结果为:粉碎室包角为70°、喂入速度为46.5m/s、动定刀间隙为10mm。     

切揉组合式青贮玉米粉碎机的设计与研究

针对现有青贮全株玉米粉碎揉丝机存在秸秆丝化率低、籽粒破碎率低和喂料易堵塞等问题,设计了切揉组合式青贮玉米粉碎机,一次性完成秸秆喂入、压扁划丝、铡切、籽粒破碎和粉碎揉丝等工序。通过理论研究和数值分析,对本机的输送装置、喂入切断装置及破碎揉丝装置等关键部件进行解析和结构优化,确定了性能参数。试验结果表明:当本机主轴转速为2 900 r/min时,秸秆丝化率为96.4%,籽粒破碎率为93.2%,实际生产率为3 560 kg/h,未出明显现堵塞现象,各项指标均满足粉碎揉丝机的国家标准要求,为青贮全株玉米粉碎揉丝机的设计提供理论依据和技术保障。     

基于离散元的不同转速揉碎室内秸秆群运动规律

秸秆揉碎机可将玉米秸秆加工成丝状草料,能够提高玉米秸秆的适口性和转化率。秸秆揉碎机加工过程主要为锤片高速冲击秸秆使其破碎。为研究转子转速对秸秆输送性能和秸秆冲击力的影响,应用离散元软件,模拟9R-60型秸秆揉碎机转子转速分别为1 400、1 500、1 600、1 700、1 800、1 900、2 000、2 100、2 200r/min时,揉碎机揉碎室内秸秆颗粒群运动过程。模拟结果表明:秸秆颗粒群轴向速度平均值与转子转速呈四次曲线变化;转子转速为2 100r/min时,秸秆颗粒群平均速度最小;秸秆颗粒群碰撞力平均值随转子转速的增加基本线性增加;揉碎机转子转速大于1 900r/min时,揉碎机工作性能较好,为揉碎机转子转速优化提供了依据。     

喂入调节式秸秆破包揉丝机设计与试验

为解决小型揉丝机难以同时处理属地人工打包的整株捆与机械压制的小方捆玉米秸秆的问题，设计了一种秸秆破包揉丝机。通过进行秸秆受力与运动分析确定影响机器工作的主要结构与工作参数，并对整机传动系统与各轴转速进行设计与匹配。研究整株及方捆秸秆在初始喂入、内部运动和筛分排出过程中关键结构与工作参数对工作效率和丝化效果的影响，以电机输出转速、筛孔直径和喂入间隙为试验因素，以标定单位功率生产率和秸秆丝化率为评价指标，采用三元二次回归正交旋转中心组合试验方法进行了试验与分析，建立了试验因素与评价指标的回归模型。结果表明：对标定单位功率生产率的影响主次顺序为电机输出转速、喂入间隙、筛孔直径，对秸秆丝化率的影响主次顺序为筛孔直径、电机输出转速、喂入间隙；最优工作参数组合为：处理整株秸秆时，电机输出转速1353r/min、筛孔直径47mm、喂入间隙12cm，处理方捆秸秆时，电机输出转速1072r/min、筛孔直径46mm、喂入间隙35cm；验证试验表明，整株及方捆秸秆的标定单位功率生产率和秸秆丝化率均值分别为99.34kg/（kW·h）、98.86%和113.56kg/（kW·h）、98.30%，满足设计要求。     

麦草秸秆粉碎特性的试验研究

秸秆粉碎装置是秸秆还田机的主要工作部件.为此,通过输送带前进,将均匀铺放在托板上的秸秆喂入自行设计的秸秆粉碎装置来模拟机车前进,对秸秆进行粉碎室内试验.先通过预试验确定了喂入量及动定刀的搭配形式;然后以壳体包角、刀辊转速、动定刀间隙为试验因素,以秸秆的粉碎质量、粉碎功耗为试验指标,对麦草秸秆进行了粉碎试验,建立了粉碎质量和粉碎功耗的数学模型;分析了粉碎装置结构、运动参数对粉碎质量、粉碎功耗的影响规律,优化确定了粉碎装置的最佳结构和运动参数.同时,利用灰色系统理论,研究了动刀速度对刀辊转矩、粉碎质量、粉碎功耗3者影响关系,为麦草秸秆还田机的制造和应用提供了依据.     

环模式秸秆压块机的设计与性能试验

介绍了环模式秸秆压块机工作原理、结构设计及其性能试验。通过对环模式秸秆压块机关键部件进行设计,在不同的磨辊间隙下进行主轴转速与生产率、成型率以及单位能耗试验研究。结果表明：主轴转速增大,生产率增大,吨料能耗减小;但转速进一步提高,生产率会变小,吨料电耗增大;磨辊间隙过大,生产率减小,间隙过小,模辊磨损加剧。当磨辊间隙为5 mm、主轴转速为165 r/min时,压块机的生产率、吨料电耗和关键部件耐磨性都最优。     

9JST-20型秸秆丝化机的性能试验

对9JST-20型秸秆丝化机进行了试验,测定了丝化机锤片数量、锤片厚度、锤齿间隙、主轴转速以及秸秆含水率对生产率、丝化质量、产量的影响.试验结果为秸秆丝化机生产时的参数选择提供了依据.     

秸秆铡切揉搓装置优化设计与试验

利用自行设计的秸秆铡切揉搓试验台,以刀刃形状、喂入速度、锤片数量和主轴转速为变量,对含水率约为75％的玉米秸秆进行四因素三水平正交试验,得出该铡切揉搓装置的最优组合参数为:主轴转速为1 000 r/min、刀齿为多齿、锤片数量3个、喂入速度为0.88 m/s.该机构揉搓高水分玉米秸秆时,破节率大于96％,揉搓效果好.将传统的凸型刀刃加工成锯齿形状,可以提高揉搓机构生产率.     

玉米苞叶和叶鞘力学性能及对揉碎性能的影响

揉碎机的揉碎性能受物料本身力学特性的影响,尤其玉米秸秆的苞叶和叶鞘质量轻、韧性大,导致其破碎率较低,使得揉碎机的作业性能降低。因而,有必要针对玉米秸秆的叶鞘和苞叶进行力学特性分析,研究其对揉碎性能的影响。为此,将苞叶和叶鞘按照横截面积分别分成4组制成试验试样,应用ZD/WDW-20A型微机控制电子万能试验机对玉米苞叶和玉米叶鞘进行拉伸试验,得到了苞叶和叶鞘的拉伸力学特性。同时,研究玉米苞叶和玉米叶鞘的含量对于揉碎试验的影响,分别将玉米苞叶叶鞘的含量定位0、25%、50%、75%和100%。试验表明:玉米苞叶和叶鞘的含量增加,可使揉碎机破节率提高、丝化率提高、过揉碎率提高;吨料电耗先降低再升高,呈现出最低点。本研究完善了秸秆力学特性测试范围,可为秸秆的揉碎机理理论研究和揉碎机优化提供参考。     

盘刀式铡草机切割性能仿真分析与试验研究

针对盘刀式铡草机存在生产率低、功耗高的问题,对铡草机切割器的切割性能进行仿真与试验研究。以铡草机的主轴转速、动定刀间隙、秸秆含水率及动刀圆弧度作为试验因素,切割功耗为评价指标进行切割性能研究。利用ANSYS LS-DYNA仿真软件对铡草机切割玉米秸秆过程进行动态仿真试验分析,并结合物理试验验证模型的准确性。通过单因素仿真试验得出含水率、动定刀间隙和主轴转速为影响铡草机切割功耗的主要因素。在此基础上,通过Box-Behnken试验得出各因素对切割功耗影响的主次顺序为含水率>动定刀间隙>主轴转速。对回归方程寻优求解得到玉米秸秆切割过程中功耗最低的较优参数组合,即主轴转速600r/min、动定刀间隙1.5mm、含水率53.5%。研究结果可为研究铡草机的整机功耗提供数据支持,进而为实现铡草机性能改进提供依据。     

卧辊式玉米秸秆调质装置调质功耗试验

为研究卧辊式玉米秸秆调质装置作业参数影响功耗的规律,利用自主研制的秸秆调质装置试验台和功率测控系统,基于电功率差值法对摘穗后玉米秸秆进行压裂、破节的连续调质正交试验,分析了调质辊工作间隙、调质辊转速及秸秆喂入速度对秸秆调质功耗的影响.结果表明:调质间隙对秸秆调质功耗影响显著;参数组合为调质间隙2.5mm、调质辊转速88～95 r/min、秸秆喂入速度3.3 ～ 4.0 km/h时,满足秸秆调质性能和降低功耗的要求.     

盘刀式铡草机抛送性能试验研究

针对盘刀式铡草机存在的生产率低、功耗大、易堵塞等问题,以玉米秸秆为试验材料,选取不同的主轴转速、叶片倾角和秸秆含水率作为试验因素进行抛送性能试验研究。试验结果表明:各因素对抛送过程生产率影响的主次顺序为主轴转速>叶片倾角>秸秆含水率;对抛送过程功耗影响的主次顺序为主轴转速>秸秆含水率>叶片倾角。当叶片倾角为7°、主轴转速为650r/min、秸秆含水率为22.1%时,抛送过程生产率最高;当叶片倾角为11°、铡草机主轴转速为510r/min、秸秆含水率为27.3%时,抛送过程功率消耗最低;同时,得到了可用于预测铡草机抛送过程生产率和功率消耗的线性回归模型。     

玉米秸秆田间粉碎性能试验研究

为了弄清玉米秸秆田间粉碎时机车前进速度、粉碎刀具转速对秸秆粉碎功耗和粉碎合格率的影响,运用二次回归正交试验对田间玉米秸秆粉碎性能进行研究。田间试验发现:当玉米秸秆粉碎刀具转速从540r/min逐渐上升至630r/min时,秸秆粉碎合格率和粉碎功耗随着粉碎刀具转速的升高而升高;当机车前进速度由2.9km/h上升至3.16km/h时,粉碎功耗随着前进速度的增加而升高,但粉碎合格率则随着前进速度的增加而减小。同时,通过参数优化获得:当机车前进速度为2.9km/h、刀辊转速为597r/min时,得到秸秆粉碎性能最佳工作指标,即粉碎功耗为2.98kW,粉碎合格率为90.02%。     

螺旋输送装置转速和喂入量对输送性能的影响试验研究

通过试验,研究喂入量和螺旋转速对输送量和功耗的影响。试验结果表明:螺旋转速越高、输送装置的功耗越大,但输送量不随转速无限增大,当转速达到102r/min时输送量达到最大值;喂入量越大,输送量越大,输送装置的功耗也随之增加。因此,在实际应用中能满足生产需求的情况下,转速和喂入量不宜过高。