组合式大蒜柔性去皮装置设计与试验

为解决去皮率低、蒜仁易损伤等问题,设计了一款组合式大蒜柔性去皮装置。通过浮动搓擦单元分离蒜皮,振动机构完成输送,蒜瓣经过浮动搓擦、振动梳刷及气吹等组合作用完成柔性去皮。结合大蒜的物理机械特性,设计了搓擦机构、振动机构、梳刷机构、气吹机构等关键部件;通过对蒜瓣在浮动搓擦单元和振动筛内的动力学分析,确定了影响去皮性能试验的主要因素和取值范围。以搓擦筒轴转速、梳刷间距和曲柄转速为试验因素,以去皮率和损伤率为试验指标,进行三因素三水平响应面试验,求得搓擦筒轴转速、梳刷间距和曲柄转速的最优参数组合并进行了试验验证。试验结果表明最优参数组合为：搓擦辊轴转速70.73 r/min、振动频率6.68 Hz、梳刷间隙18.00 mm;最优参数组合下,蒜瓣去皮率为93.68%、损伤率4.40%,试验验证结果与优化结果相对误差均小于5%,满足大蒜去皮要求。     

玉米籽粒收获机清选装置参数优化试验

针对玉米籽粒直收过程中清选作业损失率高、籽粒含杂率高的问题,开展玉米籽粒收获机清选作业参数优化试验,探究整机作业工况下清选装置作业参数对籽粒损失率和含杂率的影响规律,得到清选作业参数最优组合,并进行田间验证试验。玉米籽粒收获机清选作业参数较优水平区间为风机转速800～1 000 r/min,振动频率6～8 Hz,上清选筛筛孔开度15～25 mm。清选作业籽粒含杂率最优作业参数组合为风机转速1 000 r/min,振动频率7 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm;籽粒损失率最优作业参数组合为风机转速900 r/min,振动频率6 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm;清选作业综合指标最优作业参数组合为风机转速900 r/min,振动频率7 Hz,上清选筛筛孔开度20 mm。得到玉米籽粒收获机清选作业籽粒含杂率、籽粒损失率和综合指标的回归模型,田间验证试验表明,籽粒含杂率相对误差为5. 56%,籽粒损失率相对误差为5. 10%,综合指标相对误差为4. 60%,最优作业参数组合表现良好,且回归模型可靠。     

基于Abaqus的耦合式玉米秸秆皮穰分离仿真与试验

为提高玉米秸秆皮穰分离率、推进秸秆高值化利用进程,采用Abaqus/Explicit动力学显式求解器和中心差分求解法,对异向碾压和异向碾压锤切2种耦合式皮穰分离方法进行模拟分析,确定最佳耦合分离方式为异向碾压锤切耦合作用,进而试制秸秆异向碾压锤切皮穰分离试验台,并确定最佳工作与结构参数。以刀盘转速、碾压揭皮辊转速和刀片滑切角为试验因素,以秸秆皮穰分离率为试验指标,通过三元二次正交回归组合试验对分离试验台进行参数优化,利用Design-Expert进行数据分析,建立因素与指标间数学模型。试验表明：在刀盘转速为449r/min、碾压揭皮辊转速为226r/min、刀片滑切角为46°的最优工作参数组合下,皮穰分离率为88%,分离后的皮穰呈段状,满足实际生产需求。     

动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置设计与试验

设计了适用于卧式玉米秸秆粉碎还田机的动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置,该装置利用等滑切角式粉碎定刀和随粉碎刀辊高速旋转的粉碎动刀形成的支撑滑切作用对秸秆进行粉碎。其中等滑切角式粉碎定刀刃口曲线采用对数螺线方程,粉碎动刀设计为并联直刀和L改进型弯刀组合结构。结合玉米秸秆的特性,明确了各关键部件的参数,并运用ANSYS-Workbench软件对粉碎定刀进行了静强度校核和对粉碎刀辊进行了模态分析,得出了粉碎定刀的应力分布图和粉碎刀辊的前6阶固有频率和振型;粉碎定刀最大应力发生在刀片上端部后侧,最大应力为13841MPa,刀片材料满足要求;〖JP3〗粉碎刀辊最低阶数的固有频率为102.62Hz,高于其工作激励频率23.3~30.Hz,不会形成共振。田间试验表明,当动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置刀辊转速为1600r/min时,其秸秆粉碎长度合格率可达91.5%,相对无支撑切割（1800r/min）可降低作业功耗17.4%。     

油葵联合收获机清选装置结构优化与试验

针对油葵联合收获作业过程中存在籽粒含杂率及损失率偏高的问题,测定油葵脱粒后脱出物的尺寸特征和悬浮特性,通过机构的运动学分析与物料的受力分析,确定了油葵联合收获机清选装置主要结构参数与工作参数。以风机转速、振动频率和分风板倾角为影响因素,油葵籽粒含杂率和籽粒损失率为评价指标,开展工作参数优化试验,单因素试验结果表明,清选装置较优工作区间为：风机转速1100~1300r/min、振动频率3~5Hz、分风板倾角20°~40°;设计Box-Behnken试验,建立了响应面回归模型,并进行参数优化,结果表明：各试验因素对含杂率和损失率影响显著性大小顺序均为风机转速、振动频率、分风板倾角;当风机转速1200r/min、振动频率4Hz、分风板倾角27°时,试验结果表明平均油葵籽粒含杂率为4.25%,平均籽粒损失率为1.82%,满足油葵联合收获机清选的国家标准要求。     

油莎豆收获机双层滚筒筛式果杂分离装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中块茎(果)与土壤草团(杂质)分离不彻底导致收获损失率与含杂率较高的问题,设计了一种双层滚筒筛式果杂分离装置,通过理论分析确定了该装置的主要结构参数与工作参数。建立了分离装置-收获物料互作的EDEM-MBD耦合仿真模型,以双层滚筒筛转速、分离螺旋输送器转速、柔性齿段长度为试验因素,以块茎分离率和含杂率为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展三因素三水平仿真试验。对试验结果进行方差分析,建立了分离率、含杂率与各显著因素之间的回归模型,利用回归模型进行参数寻优,结果表明：当双层滚筒筛转速为24.9 r/min、分离螺旋输送器转速为148.5 r/min、柔性齿段长度为1 277.8 mm时,分离率最大,为96.23%,含杂率最小,为25.55%。田间验证试验结果表明：最优参数组合下的果杂分离装置平均分离率为93.19%,平均含杂率为26.65%,与回归模型寻优结果基本一致;果杂分离装置与清选装置联合使用时,分离率增加1.05个百分点,含杂率降低9.97个百分点,可满足油莎豆收获生产需求。     

基于EDEM花生子房柄切除装置仿真与试验

目前,花生在收获后荚果上所带子房柄主要依靠人工去除,人工去柄效率低、作业成本高,制约了我国花生产业的发展。针对这一问题,设计了一种锯齿刀式花生子房柄装置,建立了带子房柄花生荚果颗粒模型,设计2、4、6、8、10共5种不同的锯齿切柄刀排列方式,并采用EDEM软件对该装置进行切柄过程仿真,确定了8组锯齿圆盘刀排列效果最佳。为获取花生子房柄切除装置最佳工作参数组合,采用二次回归正交旋转组合试验进行设计,建立回归方程进行分析,最终得到最佳参数组合：在锯齿圆盘刀的转速为64.05r/min、筛选栅板的振动频率为4.31Hz、筛选栅板倾角为8.81°时,去柄率≥94.44%,破损率≤0.92%。试验验证该装置对花生荚果具有一定的适应性,可满足各项指标要求。     

双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

针对我国香蕉秸秆粉碎还田作业过程中香蕉秸秆粉碎质量差,秸秆缠绕堵塞等问题,设计了一种双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机。基于滑切定理,解析了粉碎刀随轴转动过程中的动态滑切角和粉碎定刀滑切角的相对作用原理,以等速螺线设计L形粉碎定刀刀刃曲线,确定了粉碎刀结构参数;对香蕉秸秆缠绕粉碎刀辊进行受力分析,设计防缠绕板并确定装配数量与结构参数;以装置前进速度、粉碎刀辊转速、防缠绕板高度为试验因素,以香蕉秸秆粉碎合格率、抛撒不均匀度和香蕉秸秆缠绕数量为评价指标进行三因素三水平正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型。试验结果表明,最优参数组合为作业机前进速度1.5 m/s、防缠绕板高度41.6 mm、粉碎刀辊转速1 800 r/min,此时香蕉秸秆粉碎合格率为93.8%,香蕉秸秆缠绕数量为26,香蕉秸秆抛撒不均匀度为12.1%。以最优组合进行田间试验验证,试验结果表明双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机整机防缠性能优越,满足设计要求。     

基于EDEM-Fluent耦合的钙果风筛式清选装置仿真与试验

针对钙果收获装置作业后钙果含杂率高的问题,设计了一种钙果风筛式清选装置。运用EDEM-Fluent耦合方法,以风速、振动筛振幅和振动频率为试验因素,钙果的清洁率和损失率为评价指标,对清选过程进行了仿真分析,并依据仿真结果进行台架试验。仿真分析与台架试验表明,随着风速、振动筛振动频率与振幅的增加,钙果清洁率先增大后减小,损失率一直增加。最优工作参数组合为风速10 m/s、振幅10 mm和振动频率9 Hz,最优工作参数组合条件下的钙果清洁率96.3%,损失率3.4%。研究表明,EDEM-Fluent耦合仿真的运用有助于钙果清选研究,研究结果可为钙果清选装置的设计与优化提供理论依据。      

前置挖掘式小型履带川麦冬收获机的设计与试验

针对川麦冬收获时根土分离难度大、易损伤茎苗等问题,设计了一种前置挖掘式小型履带麦冬收获机,由挖掘装置、输送筛选装置、液压装置和行走装置等组成。为确定收获机的可行性,根据三因素三水平响应面试验法构建入土角度、振动链的输送速度、振动轮的振动频率对麦冬收获损伤率、明茎率和带土率的回归模型,优化回归模型得到最优参数组合,即机器的前进速度为0.1m/s、入土角度为20°、振动链的转速为190r/min、振动轮的振动频率为600Hz。试验结果表明：在最优参数组合下,麦冬收获损伤率为2.94%,明茎率为96.7%,带土率为12.5%,达到了较为理想的收获效果。研究可为麦冬收获机的完善和作业参数优化提供参考。     

高酸苹果振动式采摘机设计与试验

为解决高酸苹果收获过程中的效率低、果实摘净率低、损伤率高等问题,根据我国青岛地区高酸苹果实际收获需要,设计了一种液压控制的高酸苹果振动式采摘机。基于振动式采摘机工作原理,完成振动采摘装置、激振装置、液压控制系统的结构设计,计算分析夹持钳对树干的夹持力为7 254 N,夹持钳夹持高度范围为12～103 cm。建立高酸苹果果实-树枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到果实振动微分方程,确定振动频率、振幅、夹持高度为采摘效果主要影响因素;利用ANSYS软件对果树模型进行自由模态响应与谐响应仿真分析,结果表明：振动频率9～12 Hz、振幅1～2 cm、夹持高度40～70 cm时,三级、最次级树枝位移最明显。为确定采摘机最优工作参数,进行三因素三水平组合田间试验,得到果实摘净率、果实损伤率的回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和回归模型响应曲面进行分析优化,当振动频率为10.0 Hz、振幅为1.6 cm、夹持高度为58.7 cm时,果实摘净率为95.9%、果实损伤率为1.3%,满足高酸苹果采收的质量要求。     

油莎豆联合收获机合页筛片式升运装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中升运振动装置除杂效果不明显,导致油莎豆与土壤杂质等分离不彻底,漏土率较低,伤果率较高的问题,以及在升运输送过程中存在土壤堵塞、回带等问题,结合油莎豆果-土-秧团聚体特性,设计了一种合页筛片式升运装置,通过筛片折弯部分增大筛孔面积,对团聚体提供与链筛运动方向相同的推力,使合页式升运装置提高漏土效率且有效避免了回带现象。对其倾角和固定位置进行了分析和设计,运用EDEM进行仿真试验,以油莎豆链筛线速度、链筛板折弯高度、链筛振动频率为试验因素,以油莎豆团聚体漏土率和伤果率为试验指标,通过三因素三水平正交仿真试验,最终得到输送筛片最佳结构参数组合为：链筛线速度1.151m/s、折弯高度27.779mm、振频9.561Hz,此时升运装置漏土率为96.524%、伤果率为2.439%。田间验证试验结果表明:当链筛线速度为1.2m/s、折弯高度为28mm、振频为9.5Hz时,合页式升运装置平均漏土率为96.05%,平均伤果率为2.38%,与仿真试验所测结果基本一致,满足油莎豆升运链筛工作要求。     

基于扰动观测器的农用驱动电机变速滑模控制

针对农用驱动电机中存在的控制精度不良、抗扰动性差和稳定性弱问题,提出一种基于变速趋近率的滑模变结构控制策略。通过滑模变结构控制提升电机控制精度并提升控制过程中的稳定性,针对传统滑模变结构控制收敛过程中的等速趋近率存在的趋近速度慢、抖振波动大和控制精度低等问题,采用变速趋近率进行优化改进。在变速趋近率中通过引入系统范数,在电机控制过程中有效解决了趋近速度/抖振波动平衡的问题,提升了农用驱动电机的控制效率同时保证了稳定性。同时,由于电机中的内部机械参数和外界负载扰动会对农用电机的调速性能产生直接影响,针对电机控制过程中的内部参数和外界负载扰动,设计一种基于扩展滑模观测器的抗扰动技术,对其进行实时观测并补偿。通过Matlab/Simulink仿真测试和电机平台实验验证,证明了本文提出的控制策略的有效性,在启动过程中能够在0.1 s之内完成启动转速响应且无超调现象发生,有效提升了农用驱动电机的控制精度和响应速度;通过设计的扰动观测器提升其抗干扰能力和鲁棒性,当受到外界负载扰动10 N·m/-10 N·m时,可以将转速误差控制在5%之内,有效地提升了农用电机在运行过程中的稳定性和安全性。     

圆盘切割式剑麻采摘装置设计与仿真

针对剑麻人工收割劳动强度大、效率低、成本高等问题，结合剑麻叶片物理特性和收割工艺特点，设计一种圆盘切割式剑麻采摘装置。首先，简述整机结构与工作原理；然后，对装置关键部件的结构进行设计，通过对刀具在切割过程中的受力与运动分析，确定刀具的回转半径和转速等结构与运行参数；最后，运用ANSYS对圆盘刀具进行静力学和模态分析，进而仿真优化刀盘结构，以刀具回转半径和安装角度为试验因素，刀具底部的最大应力和刀具顶部的最大形变量为评价指标进行两因素三水平正交仿真试验。仿真试验结果表明：当刀具安装角度为28°，最大回转半径为105 mm时，刀具的最大变形量为0.09 mm，最大应力为9.38 MPa，远小于刀具材料的最小屈服强度345 MPa；安全系数最小值为15，远大于1，最小循环次数为1010，进入了无限寿命区；根据刀具前6阶模态分析知，刀具的工作转速800 r/min，远小于极限转速。以上研究表明，刀具的刚度、强度和安全系数、疲劳寿命均满足要求，且不会发生共振现象。研究为剑麻收割机的设计及刀具避开共振点频率，减小因振动产生的变形，提供理论和技术参考。     

摇枝式油茶果采摘机设计与试验

针对油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大的问题，设计了一款摇枝式油茶果采摘机。根据摇枝式采摘工作原理，完成了关键部件的结构设计，计算分析了采摘头夹持油茶枝的夹持力，对油茶枝和油茶果振动过程进行力学分析，建立力学方程并求解。结果表明，夹持油茶枝时最大压力为2826N，振动对树枝产生的径向力约为57.5N、法向力约为78.2N，夹持和振动都不会对枝条造成损伤。为保证采摘机安全性，对横梁架进行了静力学分析，经计算其弯曲变形为0.0005mm，远小于最大许用弯曲挠度。设计了四因素三水平正交试验，结果表明，最佳作业参数组合为：采摘装置的采摘时间10s、电机输出频率35Hz、采摘头的振幅5cm及采摘爪的夹持位置（夹持油茶枝的夹持中心到油茶树冠层距离）10~20cm，此时油茶果采净率为95.2%，花苞损伤率为17.2%。对摇枝式油茶果采摘机进行了田间试验，对枝条的损伤基本符合采摘要求。     

大蒜联合收获机按压式切根装置设计与试验

针对大蒜联合收获作业过程中根系切净率低与损伤率高的问题,设计了一种按压式切根装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过理论计算确定了夹持输送与切割机构作业参数,构建大蒜夹持运动方程和拨轮组动力、变形及切割力学模型。以链轮、拨轮和圆盘刀转速为试验因素,伤蒜率和切净率为试验指标,利用Design-Expert 8.0.5软件进行回归与响应面分析,构建三元二次回归模型,得到各因素对指标值的影响顺序。结果表明,当链轮、拨轮和圆盘刀转速为107、52、197r/min时,装置性能最优,伤蒜率和切净率分别为0.63%和97.07%。对比鳞茎顶端定位“浮动切根装置”的最优参数组合,结果表明,所提出的装置伤蒜率降低2.15个百分点,切净率提高3.9个百分点。对优化因素进行试验验证,验证与优化结果基本一致,满足大蒜机械化收获高效切根作业要求。     

摇枝式加工型苹果采摘振动参数仿真优化与试验

为探究不同振动参数组合对苹果采摘效果的影响,建立苹果树二级树枝振动力学模型,解析分析得到影响苹果脱落的主要因素为振动频率、振幅及夹持位置。测量苹果树形态特征并基于矮砧密植整形原理建立纺锤形苹果树三维模型,利用ANSYS软件对苹果树模型进行有限元仿真分析,仿真结果表明,振动频率4~8Hz、振幅20~30mm、夹持位置0.35l~0.65l（l为二级树枝长度）时,对果树损伤较小且苹果易脱落。设计四因素三水平振动采摘试验,以确定苹果树不同位置树枝最佳的振动参数组合,利用Design-Expert软件对试验数据进行分析和响应面优化,参数优化结果为：采摘苹果树上层苹果时,振动频率为5Hz,振幅为28mm,夹持位置为0.40l;采摘苹果树中层苹果时,振动频率为4Hz,振幅为30mm,夹持位置为0.43l;采摘苹果树下层苹果时,振动频率为8Hz,振幅为20mm,夹持位置为0.65l;通过验证试验得到苹果树上层、中层、下层摘净率为96.4%、94.8%、93.2%,与优化值相近,表明优化模型可靠。     

可降解穴盘切割刀具优化设计与有限元分析

针对现有的穴盘苗全自动移栽机分苗装置中刀具对可降解穴盘切割效果较差的问题,对分苗装置中的刀具进行优化。运用Soildworks软件分别建立24齿单、双刃圆盘切刀,36齿单、双刃圆盘切刀,48齿单、双刃圆盘切刀的三维模型,运用ANSYS软件对六种圆盘切刀进行有限元静强度分析。仿真结果表明:24齿双刃圆盘切刀切割可降解盘过程中受到的最大应力、产生的最大应变都是最小值,分别为1.658 4×10~5 Pa和8.350 2×10~(-7) m/m。运用Design-Expert软件得到齿数与刃口形状两大因素对最大应力、应变的影响效果的回归方程模型和试验因素响应曲面,确定圆盘切刀的最佳组合形式为24齿双刃圆盘切刀。再对其进行Modal模态分析,得到圆盘切刀的10阶振型,通过固有频率与转速之间的关系,验证圆盘切刀正常切割可降解盘作业时的额定工作转速为33.4 Hz,圆盘切刀发生共振的临界转速为202.7 Hz,圆盘切刀发生共振的临界转速高于实际工作时的转速,发生共振可能性极小,为切割可降解盘的圆盘刀具的优化和设计提供理论依据。通过圆盘切刀的切割试验结果可知24齿双刃圆盘切刀在350 r/min、400 r/min、450 r/min转速条件下的切割合格率分别为88.9%、86.1%和80.6%,可保持良好的切割稳定性。