纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的研制与试验

为了分析纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的脱粒分离性能,在自行研制的纵轴流脱粒分离清选试验台上,对钉齿和刀形齿切流脱粒分离装置进行了台架试验,测定了切流脱粒滚筒、强制喂入轮以及纵轴流复脱滚筒的功耗,分析切流脱粒分离装置的结构和运动参数对籽粒脱粒性能的影响。试验结果表明,切流脱粒分离装置的籽粒脱净率范围约为67.19%～82.37%,功耗约占脱粒总功耗的20%,刀形齿式切流脱粒滚筒消耗的功率较少,采用切流与纵轴流组合式脱粒分离装置的小麦脱净率均能达到99.90%以上,夹带损失率小于0.25%,配置刀形齿式切流脱粒滚筒的切流与纵轴流脱粒分离装置的总功耗较少,强制喂入轮和纵轴流复脱滚筒的功耗分别约占脱粒总功耗的14%和66%,研究结果对纵轴流联合收割机的研制具有指导意义。     

切纵流联合收获机小麦脱粒分离性能评价与试验

针对国产切纵流联合收获机在脱粒分离中存在籽粒损失较大和功耗需求较高等问题,将切纵流联合收获机上的切流滚筒、辅助喂入轮和纵轴流滚筒在室内建成切纵流脱粒分离装置试验台,进行喂入量为7.5kg/s的小麦脱粒分离性能试验,获取脱粒分离的籽粒损失和功耗性能指标,借助复数幅值对切纵流脱粒分离装置的脱粒分离性能进行分析,计算出脱粒分离性能指标并进行比较。试验结果表明切纵流联合收获机收获小麦的最佳组合方式为,切流滚筒采用刀形齿、线速度为21.66m/s、入口脱粒间隙为30、出口脱粒间隙为20mm,纵轴流滚筒采用钉齿、线速度为19.63m/s、脱粒间隙为20mm时,所需总功耗为66.64kW,籽粒总损失率为0.56%,最优脱粒分离性能指标为0.8935。     

切纵流联合收获机小麦夹带损失检测试验与分析

为及时获知切纵流联合收获机在田间收获时的夹带损失情况,该文将切纵流联合收获机上的刀形齿切流滚筒、辅助喂入轮和钉齿纵轴流滚筒在实验室内建成切纵流脱粒分离试验台,在7 kg/s小麦喂入量时进行脱粒分离性能试验,测定脱出混合物中各成分的含量和纵向分布规律,建立脱出混合物脱分系数矩阵,求解出切纵流联合收获机上脱粒分离装置的脱分矩阵方程。利用阵列式聚偏氟乙烯PVDF压电薄膜传感器测量切纵流联合收获机田间收获时钉齿纵轴流滚筒下第11接料盒位置分离出的籽粒量,运用脱分矩阵方程计算出夹带损失质量并与人工实测值进行比较。结果表明,田间收获时运用PVDF压电薄膜传感器预测的夹带损失质量与人工实测值的误差为-4.82%～-5.87%。该研究可以对田间收获的籽粒夹带损失进行实时监控。     

切纵流联合收获机小麦喂入量预测的试验研究

为及时获知切纵流联合收获机在田间收获时的喂入量,该文将切纵流联合收获机的切纵流脱粒分离装置在室内建成切纵流脱粒分离试验台并进行喂入量为1～8kg/s的小麦脱分性能试验,通过采集切流滚筒,喂入轮和纵轴流滚筒的脱分功耗,对切纵流脱粒分离装置脱分功耗进行分析,推导出喂入量与纵轴流滚筒净脱分功耗之间的关系,并用采集小麦随机喂入量脱分功耗的方法对切纵流脱粒分离试验装置的喂入量进行预测验证。结果表明,利用纵轴流滚筒净脱分功耗可以较准确的预测切纵流联合收获机在小麦收获中的喂入量,在喂入量≤6kg/s时,预测误差≤0.89%;喂入量在7～8kg/s时,预测误差在1.02%～1.42%之间。     

切纵流联合收割机纵轴流滚筒长度设计与优化(英文)

为优化设计切纵流联合收割机纵轴流滚筒的长度,该文通过设计脱粒分离长度可变的纵轴流滚筒并进行喂入量为7 kg/s的水稻脱粒分离性能和籽粒分布试验,分析纵轴流滚筒下脱出混合物的分布规律,建立纵轴流滚筒的籽粒分布方程,计算纵轴流滚筒长度;通过计算纵轴流滚筒顶盖导流板的最佳导角对纵轴流滚筒长度进行优化,确定纵轴流滚筒长度的最佳值并进行水稻脱粒分离性能试验。结果表明,在水稻喂入量为7 kg/s,纵轴流滚筒顶盖导流角为7.64°时,优化后的纵轴流滚筒长度最佳值为3 159.77 mm,经优化后的纵轴流滚筒脱粒分离的籽粒夹带损失率约为0.29%。该研究为纵轴流联合收割机的纵轴流滚筒设计提供了参考。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 kW以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61～905.74 r/min、脱粒间隙为22.18～37.93mm、齿间距为104.96～170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839 r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

水稻鼓形纵轴流脱粒滚筒杆齿优化与试验

与传统杆齿式圆柱形纵轴流脱粒滚筒相比,课题组前期研制的杆齿式鼓形纵轴流脱粒滚筒可有效改善轴向负荷,降低脱粒功耗。为进一步提升该滚筒性能,该研究对杆齿进行优化,设计了圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿3种形状杆齿,建立水稻籽粒与杆齿碰撞冲击力学模型,分析了影响功耗的杆齿结构参数。以黄华占水稻为对象,基于EDEM软件构建水稻植株离散元柔性模型,利用仿真试验建立滚筒轴向负荷监测器,探究圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿在不同杆齿直径和脱粒间隙下对滚筒轴向负荷均匀性的影响,得出最佳杆齿结构参数为杆齿直径10 mm,脱粒间隙25 mm。以喂入量、滚筒转速和杆齿形状为试验因素,以脱粒功耗为指标开展三因素三水平Box-Behnken响应面试验,结果表明,最优结构参数下,圆柱杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量1.1 kg/s,滚筒转速900 r/min,功耗最低为4.61 kW;弯头杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量0.95 kg/s,滚筒转速935 r/min,功耗最低为3.58 kW,确定将鼓形滚筒杆齿优化为弯头杆齿形状。分别开展仿真与台架对比试验,结果表明,优化后的弯头杆齿式鼓形滚筒较圆柱杆齿式鼓形滚筒的轴...     

油菜多滚筒脱粒分离装置的性能试验与分析

为了获取适合联合收获机多滚筒油菜脱粒分离装置的结构方式和工作参数,该文在自行研制的多滚筒脱粒分离装置试验台上进行不同喂入量、不同滚筒转速、不同脱粒凹板间隙和不同脱粒齿杆时的切轴流滚筒与横轴流滚筒组合式双滚筒脱粒分离装置（简称切轴双滚筒脱粒分离装置）与切轴流滚筒与双横轴流滚筒组合式3滚筒脱粒分离装置（简称切轴轴3滚筒脱粒分离装置）的脱粒分离性能对比试验。试验结果表明：采用切轴轴3滚筒脱粒分离装置,在喂入量为1.8 kg/s,切轴流滚筒、第Ⅰ横轴流滚筒、第Ⅱ横轴流滚筒的转速依次为800、850和900 r/min、凹板间隙依次为20、25和30 mm、脱粒齿杆均为3排钉齿的组合方案为脱粒分离装置的脱粒损失率最小的最优组合;通过正交试验分析,得出喂入量和滚筒转速是影响脱粒分离装置脱粒损失率的主要因素。研究结果可为研制多滚筒油菜联合收获机提供参考。     

稻麦联合收获机分段式脱粒装置设计与优化

针对纵轴流联合收获机在收获稻麦时出现的脱粒不彻底、分离不完全等问题,该研究设计了一种分段式纵轴流脱粒分离装置。该装置主要由锥形脱粒滚筒、脱粒强度可调式凹板筛、360°分离式凹板筛、作业参数电控调节系统等构成。通过单因素试验,分别获得了脱粒强度可调式凹板筛的开关板针对小麦和水稻脱粒的最佳开关状态。为寻求装置作业参数对脱粒效果的影响规律及最优参数组合,进行了多目标优化试验。以滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、凹板筛分离间隙及喂入量作为影响因素,以破碎率、损失率、脱出物含杂率为试验指标,建立了破碎率、损失率、脱出物含杂率的数学模型。试验结果表明:各因素对破碎率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、凹板筛脱粒间隙、导流板角度、喂入量、凹板筛分离间隙;对脱出物含杂率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙;对损失率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙。通过多目标参数优化分析,确定装置进行小麦脱粒的最优作业参数组合为脱粒滚筒转速905 r/min、导流板角度69°、凹板筛脱粒间隙18 mm、凹板筛分离间隙19 mm、喂入量4 kg/s。在该参数组合条件下进行了田间验证试验,结果表明,与常规纵轴流脱粒装置相比,整机作业破碎率由1.46%降为1.00%,含杂率由1.85%降为1.43%,损失率由1.72%降为1.20%,各指标实测值与模型优化值的相对误差均小于5%,满足国家相关标准要求。该装置有效解决了破碎率高、脱粒不干净、分离不彻底的问题,研究结果可为纵轴流联合收获机脱粒装置的结构改进和作业参数优化提供参考和依据。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制（英文）

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 k W以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61~905.74 r/min、脱粒间隙为22.18~37.93mm、齿间距为104.96~170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

切流-横轴流玉米脱粒系统改进设计及台架试验

对玉米脱粒过程的研究,理论分析与数学建模存在着理想假设的局限性,整机田间试验受制于系统结构、环境条件而不能深入测试分析。为便于室内研究玉米脱粒过程,以4YL-4/5型收获机脱粒系统为参照,设计了切流-横轴流脱粒试验系统,结构设计模块化,可根据需要更换脱粒滚筒等关键零部件或调整技术参数,以便兼顾开展多种谷物脱粒试验研究。工作参数标定表明,试验台架可满足最高37 k W的工作负载,满足滚筒线速度为0~29.06 m/s、喂入量为0~8.08kg/s的谷物脱粒试验。在入口脱粒间隙为36 mm,出口间隙为12 mm,喂入量为2.6 kg/s的条件下,切流滚筒采用螺旋柱齿结构、横轴流滚筒采用柱齿-板齿结构形式,以不同的横轴流滚筒线速度为测试速度,对含水率在22%~32%的玉米果穗进行脱粒试验,试验表明:切流滚筒的脱粒物质量占比随着含水率的增加而减弱,当含水率在28%以下,切流滚筒与横轴流滚筒脱粒筛分段的脱粒能力几乎相当,当含水率高于28%,切流滚筒的脱粒物质量占比下降明显。脱粒系统在线速度15.84~18.72 m/s和含水率为22%~26%的条件下,籽粒破碎率指标满足国标规定值≤5%。在滚筒线速度为17.28 m/s、含水率为24%~26%区间内,脱粒系统的籽粒破碎率最低,平均值为1.7%。通过脱粒试验台,将玉米脱粒过程的试验研究与田间测试有效结合,可为玉米籽粒收获机脱粒系统的设计提供科学依据。     

油菜脱粒过程中茎秆碰撞破碎的试验研究

油菜脱粒过程中茎秆过度破碎是导致夹带损失和脱粒功耗升高的主要原因。为明确油菜茎秆被脱粒钉齿碰撞导致破碎的机理，该研究以收获期油菜茎秆为研究对象，在自制的碰撞试验台上进行脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞破碎试验。在进行油菜茎秆与脱粒钉齿撞后轨迹分析的基础上，利用感压胶片对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞力进行了测量，并以油菜茎秆破碎率为指标，以油菜茎秆长度、喂入次数、滚筒转速、齿型等为因素分别进行了单因素试验和正交试验。结果表明：单个钉齿与油菜茎秆的碰撞过程为高速瞬时多点碰撞，碰撞过程89%为多次碰撞，发生1次碰撞的仅占11%，碰撞次数与碰撞点在钉齿上的位置有关；瞬时多次碰撞过程中碰撞力随碰撞次数呈减小趋势，试验条件下单次碰撞力平均值为13.25 N，小于油菜茎秆径向压缩的屈服极限，单次碰撞的油菜茎秆并不会破碎；单因素试验表明油菜茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、滚筒转速正相关；刀面、柱面和平面3种钉齿中刀面钉齿对茎秆破碎率影响最大，平面钉齿对茎秆破碎率影响最小，试验条件下将油菜茎秆重复8次喂入碰撞试验台后油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%，油菜侧枝破碎率为42.2%，主茎秆破碎率远远大于侧枝；正交试验表明在所选参数范围内影响茎秆破碎率大小的顺序依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型、喂入次数，且茎秆长度100 mm、滚筒转速500 r/min、喂入次数为2次、齿型为平面钉齿时油菜茎秆破碎率最低。本文对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞形式及碰撞力进行了研究，确定了影响茎秆破碎的主次因素，可为油菜脱粒装置的优化设计提供依据。