基于ADAMS的拨指链式扶蔗装置的虚拟试验

针对整秆式甘蔗收割机收割倒伏严重的甘蔗时出现堵塞,收割不畅的情况,设计了拨指链式扶蔗装置,以便对甘蔗进行有效的扶起,达到顺利收割的目的。应用动力学仿真软件ADAMS建立了甘蔗—拨指链式扶蔗装置虚拟样机模型。通过虚拟正交试验和虚拟双因素试验研究了扶蔗器的结构参数和运动参数对扶蔗效果的影响规律,并在此基础上进行了实验室台架试验以验证虚拟试验的结论。结果表明：在虚拟试验中,甘蔗最终扶起倒伏角随着下链轮转速的增加而增加,随着前进速度的增加而减小,呈线性关系。在台架试验中下链轮转速和机车前进速度对甘蔗最终扶起角度的影响数值结果略有差异,但各因素对扶蔗效果的影响趋势是一致的,证明虚拟试验的结论在给定条件下是可用的。     

基于EDEM的双螺旋奶牛饲喂装置给料性能分析与试验

奶牛精确饲喂技术的实施不仅能够促进奶牛业健康发展,而且还能够提高牛场经济效益。基于牛场现状,该文在设计的等径双螺旋精确给料的奶牛饲喂装置基础上,理论分析了物料输送速度与给料时间,通过Solidworks对双螺旋给料装置进行了三维建模,并利用EDEM软件分别对40 mm搅龙和70 mm搅龙不同转速(80、100及120 r/min)的给料过程进行了离散元仿真,分析了装置给料稳定性,结果表明,40 mm搅龙在转速为120 r/min时变异系数为0.052 2,70 mm搅龙在转速为100 r/min时变异系数为0.105 2,给料稳定性最优。为进一步验证仿真结果,在搭建的双螺旋给料饲喂装置上,对40 mm搅龙和70 mm搅龙进行了给料试验,试验结果显示,40 mm螺距搅龙转速120 r/min和70 mm搅龙转速100 r/min时给料稳定性最优,试验结果与仿真结果吻合。在验证装置给料稳定性基础上,对给料精度进行了试验,结果显示:40 mm搅龙和70 mm搅龙在80、100、120 r/min等不同工作转速组合下,给料精度均大于95%,当40 mm搅龙转速为120 r/min,70 mm搅龙转速为100 r/min时,给料时间为14.1 s,给料量为6.009 kg,装置给料精度不低于99.835%,符合奶牛精确饲喂效率与精度要求。     

推倒式甘蔗收获机扶蔗质量影响因素的试验研究

为了优化推倒式甘蔗收获机的工作参数,设计了甘蔗扶起效果试验装置。通过正交及单因素试验,探明了甘蔗扶起过程的影响因素。结果表明:扶蔗器转速对甘蔗扶起效果影响最大,其次是机车前进速度。扶蔗器转速与机车前进速度的交互作用对扶起姿态角有显著性影响。在扶蔗器转速为120r/min、输送段安装角为50°、拣拾段安装角为5°和前进速度为0.21m/s参数组合下,对侧偏角在45°～135°范围内倒伏甘蔗能够有效平稳扶起。扶起姿态角范围为50.68°～68.87°,能满足机器作业要求。     

甘蔗收获机两段式螺旋捡拾机构模拟与试验

为了提高丘陵地带和坡地倒伏甘蔗的扶起率,该文提出了两段式螺旋捡拾机构设想,应用计算机建立了两段式螺旋扶起机构虚拟模型,进行了虚拟试验,确定了捡拾段的结构,建立了两段式螺旋捡拾机构接触点的运动方程、接触点的速度方程和甘蔗被扶起的运动条件,样机的试验结果表明：当甘蔗倒伏状态角在小于30°的顺倒伏状况下扶起率为20%,在30°～60°状况下为90%;甘蔗在侧倒伏状况下扶起成功率为100%;甘蔗在90°～120°的逆倒伏状况下扶起率为50%,在120°～150°的状况下仅为10%,在150°～180°逆倒伏状况下扶起率为0。     

有机肥生产中的多段式搅龙设计与性能试验

为解决有机肥生产过程中的堵料、物料混合不均匀和尾端积料等问题,设计了一种多段式搅龙,其主要由伸缩扒齿、进料段、变径送料段、大径送料段、出料段和反旋向段等组成。该文确定了伸缩扒齿偏心、搅龙变径和尾端反旋向等主要结构参数,明确了物料混合均匀性、抗堵料和防积料性机理,利用EDEM软件对多段式搅龙和传统搅龙进行性能对比试验和分析,并进行了样机试验。试验结果分析表明:当物料的混合均匀度标准差达到0.2时,多段式搅龙需要输送的距离是传统搅龙的0.6倍,传统搅龙的标准差最小值较多段式搅龙内的标准差最小值增大0.042;在进口处的填充度相等的情况下,物料输送过程中多段式搅龙内的填充度会逐渐下降(趋于0.222),多段式搅龙内的填充度变化幅度为38.1%,而传统搅龙内的填充度保持不变;多段式搅龙装备比传统搅龙装备输运效率提高了20%。研究结果可为有机肥生产装备的设计提供参考。     

分段螺旋式甘草茎秆揉切装置设计与试验

针对全混合日粮饲草料揉切需求，该研究设计了一种分段螺旋式甘草茎秆揉切装置，对分段螺旋叶片的主体结构和搅龙结构参数进行设计，建立了刃口曲线方程，分析了装置揉切机理，并试制了分段螺旋式甘草茎秆揉切装置试验台。以搅龙转速、加工时间、填充系数、刀片与底壳间隙为因素，以粒度、破节率、单位质量能耗为指标，开展四因素三水平Box-Behnken试验，对试验结果进行方差分析和二次回归拟合，得出各因素对粒度影响显著性由大到小为加工时间、搅龙转速、填充系数、刀片与底壳间隙；对破节率的影响显著性由大到小为加工时间、填充系数、搅龙转速、刀片与底壳间隙；对单位质量能耗的影响显著性由大到小为填充系数、加工时间、搅龙转速、刀片与底壳间隙。对交互影响因素进行响应曲面分析并进行参数优化验证试验，结果表明：当搅龙转速为25 r/min、加工时间为12 min、填充系数为0.46、刀片与底壳间隙为15 mm时，甘草茎秆的揉切粉碎粒度为11.76 mm，破节率为83.27%，此时单位质量能耗为9 959.82 J/kg，试验值与模型理论值误差不超过7%，参数优化模型合理，满足作业要求。研究结果可为全混合日粮搅拌机的研发提供理论依据。     

基于茎直径变化的甘蔗水分亏缺诊断指标确定

为了确定甘蔗水分亏缺诊断指标及其临界值,该文以新台糖22号为试验材料,通过盆栽和大田试验研究了水分胁迫下甘蔗全生育期植株茎直径变化特征,然后利用盆栽试验数据分析了盆栽甘蔗的茎直径变化指标日最大收缩量(maximum daily shrinkage,MDS)、日增长量(daily increase,DI)和土壤水分的关系,回归建立了基于MDS和DI的甘蔗水分亏缺诊断模型。大田和盆栽试验均表明,甘蔗处于苗期、分蘖期和伸长期的茎生长阶段,土壤水分差异导致的茎生长差异显著(P0.01)。盆栽试验表明60%以下田间持水率的水分胁迫(中度及重度干旱)在茎生长阶段均可使甘蔗茎直径增长总量降低约41.7%~100%,且对甘蔗茎直径增长的影响以伸长期最大,分蘖期次之,苗期最小;在甘蔗成熟期,16个观测日正常、轻、中和重旱茎直径总增长量分别为0.049、0.055、0.048和0.033 mm,该阶段茎秆基本停止生长,土壤水分差异导致的茎生长差异不显著(P0.05),成熟期对水分亏缺最不敏感。对各生育期的MDS和DI与土壤含水率的回归分析结果表明,除成熟期DI指标外,其他各生育期的MDS和DI均与土壤含水率显著线性相关,决定系数在0.501~0.765之间。苗期MDS、分蘖期和伸长期的DI能更好地诊断水分亏缺。所建立的模型可较好的诊断甘蔗水分亏缺,研究结果可为利用茎直径变化指导甘蔗灌溉提供理论依据。     

硬件在环秸秆切割仿真试验平台初步设计

为在实验室条件下,仿真模拟收获机械在田间工作的收割和行进工作环境,该文基于硬件在环技术搭建了秸秆类切割仿真及试验平台,提出一种螺旋绞龙供料系统,实现了物料的连续供给,并利用离散单元法对其进行物料的碰撞、运动方向及箱内分布仿真分析,根据仿真结果优化了螺旋绞龙供料系统结构并验证了设计的合理性和可行性。根据车辆行进道路模拟试验理论,设计了一种模拟收获机械田间行走的振动台,采用PLC编程软件Gxworks2、触摸屏编程软件SKWorkshop V5.0.2和组态软件kingview6.60SP1进行上位机编程,利用加速度、转矩传感器及上位机仿真模拟,检测和给定试验过程中所需的控制与反馈信号。试验结果表明:当螺旋绞龙转速维持在450~500 r/min范围内且保持振动台振动频率为4.12 Hz时,割刀输出平均转矩近似为田间收获秸秆时的输出转矩,即割刀实际工作情况接近田间收获机械工况。该研究可以为收获机械设计提供试验参考数据,为农业机械模拟可靠性测试标准制定提供技术参考。     

整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验

整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响，合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况，采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台，采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率（剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值）的影响规律并获得最佳作业参数：喂入辊筒转速250 r/min，剥叶辊筒转速540 r/min，茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm，甘蔗喂入根数1.68根，此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明，在单根和双根喂入时，甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程，并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。     

入土切割对甘蔗切割过程影响的仿真试验

采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件及反求技术,建立甘蔗-切割器系统仿真模型,进行甘蔗材料参数反求,获得了适用于动力学仿真的甘蔗材料模型,且进行了物理试验验证;通过建立土壤-甘蔗-切割器系统的动力学仿真模型,进行动力学仿真试验,建立相关数学模型,研究了土壤的软、硬程度及切割状态对甘蔗最大切割力及切割破头的影响,结果表明,土壤的软硬程度对甘蔗的最大切割力影响小,对甘蔗轴向剪应力影响大;甘蔗两刀切断比一刀切断的最大切割力小,甘蔗入土切割比非入土切割的最大切割力大,但轴向剪应力小,甘蔗入土一刀切断的平均轴向剪应力比非入土一刀切断的小43.3%,甘蔗入土两刀切断的轴向剪应力比非入土两刀切断的小49%,入土切割是降低甘蔗切割破头的有效途径。     

甘蔗切割器螺旋提升机构输送性能分析与改进

为改善甘蔗收割机物流系统的堵塞问题,以切割器螺旋提升机构为主要研究对象,通过仿真模拟分析与试验研究手段,探讨了摩擦系数等因素对甘蔗物流堵塞的影响,通过UG和ADAMS建立虚拟样机仿真模型,仿真结果表明,增大螺旋的摩擦系数可以提高甘蔗的输送速度,减少甘蔗平均滞留时间。高速摄影试验表明,螺旋选用摩擦系数大的轮胎胶作为覆盖层时、当切割器转速在750 r/min左右时,甘蔗的滞留时间较原钢筋螺旋缩短了17%左右,可以改进切割器物流系统堵塞问题。基于上述机理,设计了平面螺旋结构,其与甘蔗的接触方式由原来的点接触变为线接触,仿真分析表明,面宽为20 mm的螺旋与原圆柱型螺旋相比,甘蔗滞留时间缩短了32%,说明平面螺旋可以有效地抑制前端输送系统的堵塞现象;适当加宽螺旋提升机构的面宽有利于减少甘蔗滞留时间,单位时间内甘蔗输送更快、更稳定。该研究为后续试验研究及物理样机的改进设计提供了参考。     

整秆式甘蔗收获机甘蔗铺放运动学分析

通过对抛出后甘蔗运动过程的高速摄影结果的分析,确立了甘蔗的运动形式,并进行了运动学分析,建立了数学模型,推导出了甘蔗向机车外铺放的条件、以及甘蔗铺放距离、铺放角的理论计算公式,采用Matlab编程,分析了整秆式甘蔗收获机圆弧轨道式柔性夹持输送装置甘蔗铺放过程中运动参数、结构参数以及甘蔗几何参数对甘蔗向外铺放、铺放距离、铺放角的相互影响规律,为甘蔗收获机的设计以及甘蔗铺放质量的提高提供了理论依据。     

4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机研制

针对现有切段式甘蔗联合收割机输送通道易堵塞、含杂率与损失率高等问题,该研究设计了一种切段刀辊中置式两级通道甘蔗联合收割机。该机采用短路径整秆输送通道和刮板筛网式蔗段输送通道,采用中置+后置风机组成的双风机除杂系统,实现甘蔗根切、喂入、输送、切段、风选除杂和卸料等联合作业。通过计算确定了整秆输送通道安装角度与宽度、喂入与输送辊筒直径、切段刀辊外圆直径、蔗段输送通道刮板高度、风机位置等关键结构参数,以及喂入与输送辊筒转速、切段刀辊转速、除杂风机转速等关键作业参数,并研制了4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机样机。样机田间试验结果表明：在作业速度2 km/h、风机转速1 100 r/min时,含杂率为4.42%、总损失率为3.08%、蔗段合格率为92.10%、切割高度合格率为96.20%、宿根破头率为9.60%,整机作业性能指标满足切段式甘蔗联合收割机技术标准要求。     

甘蔗收获机刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量的影响

为了研究甘蔗收获机刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量的影响,该文根据刀盘切割和传输甘蔗时的工作状况,在试验和理论分析的基础上,设计了刀盘轴向振动及其对宿根切割质量影响的系列相关试验,即通过在切割试验平台刀盘上安装不平衡质量块的方式实现刀盘轴向的可控振动,以模拟刀盘在切割和传输甘蔗过程中产生的轴向振动工况;并在刀盘轴向振动状态下,通过进行一系列的单因素试验和正交试验,探讨了不平衡质量大小、刀盘转速、进给量等因素对甘蔗宿根切割质量的影响规律。经过方差分析和相关性分析,结果表明:1)可通过安装不平衡质量的方法实现刀盘轴向的可控振动;2)刀盘的轴向振动振幅与甘蔗宿根切割质量之间具有较强的正相关性,其线性相关系数为0.87;3)在正交试验条件下,不平衡质量对刀盘轴向振幅及宿根切割质量在显著水平0.05下均具有显著影响,各试验因素对甘蔗宿根切割质量影响的大小排序为刀盘的不平衡质量、甘蔗输送速度、刀盘转速。该文初步揭示了刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量具有显著影响的规律,为深入研究复杂激励下刀盘振动对甘蔗宿根破头的影响机理、探索基于动态特性的甘蔗收获机设计方法、开发适于丘陵地区的甘蔗收获机械提供了参考。     

整秆式甘蔗联合收获机降低含杂率的技术改进与试验

为了降低整杆式甘蔗联合收获机的含杂率,满足糖厂对原料蔗的进厂要求,该文对SJ-1600型整杆式甘蔗联合收割机的割台、剥叶、断尾等装置进行了改进,在原机型尾部增加蔗叶分离装置。按照改进技术加工出样机,并对其进行田间试验。试验结果表明,收获时输送轮转速280?r/min,剥叶轮转速为750?r/min时剥叶效果最佳;改进后含杂率为4.0%,比改进前降低了3.2%,满足糖厂对原料蔗的进厂要求。该文为整杆式甘蔗联合收获机的机械设计提供了参考依据。     

基于切割压力的甘蔗收割机刀盘高度自动调节装置

甘蔗收割机在丘陵山地收割过程中,切割刀盘无法随蔗垄高度变化自动调节是甘蔗宿根破损和甘蔗浪费的主要原因。针对此问题,研制了切割刀盘液压马达压力数据采集装置和刀盘切割高度随垄高变化自动调节装置。将切割液压马达压力数据采集装置安装在4GZQ-260型甘蔗收割机上,采集甘蔗机收过程中切割液压马达压力数据,测量表明,当甘蔗种植密度和物理特性、土壤物理性质、甘蔗收割机刀盘转速及前行速度一定时,收割机刀盘入土和不入土切割甘蔗液压压力有较大差异,由此设计了一种基于切割系统液压压力的刀盘切深自动调节装置,并进行模拟试验研究了当甘蔗地垄高度变化时该系统刀盘入土切割深度的自动控制情况。试验表明,在土壤物理性质、甘蔗种植密度和物理特性相同时,当切割刀盘前进速度为0.25 m/s、转速700 r/min时,入土切割与设计深度的最大误差为0.7 cm;当切割刀盘前进速度为0.4 m/s、转速700 r/min时,入土切割与设计深度最大误差为0.8 cm。该装置实现了刀盘入土切割深度随蔗垄高度变化自动调节,且入土切割保持在设计深度内,符合甘蔗收获机械国家标准中关于甘蔗割茬高度的相关规定,达到设计要求。该研究可为丘陵山地甘蔗收割机刀盘切割高度自动控制调节提供技术参考。     

刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响

甘蔗切割质量差会导致宿根破头,造成第二年宿根发芽率降低,极大影响甘蔗产量和经济效益。该研究围绕刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响开展研究,利用自主研发的甘蔗收获机试验平台进行砍蔗试验,以甘蔗的裂纹总数、最大裂纹深度、最大裂纹长度和宿根破头数作为评价指标,采用改进熵值法计算各指标的综合评价值,通过单因素试验、正交试验和二次回归正交旋转组合试验,分析以刀盘轴向振幅和频率表征的刀盘轴向振动以及刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角及其交互作用对甘蔗切割质量的影响。试验结果表明,甘蔗切割质量和刀盘轴向振幅以及频率之间呈线性负相关关系;刀盘轴向振幅和频率对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.002和0.035。刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。刀盘轴向振幅和频率的交互作用以及刀盘轴向振幅和刀盘转速的交互作用对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.045和0.036。其他因素交互作用对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。对甘蔗切割质量影响的显著程度大小为刀盘轴向振幅、频率、甘蔗收获机行走速度、刀盘倾角、刀盘转速;刀盘轴向振幅和频率越大,甘蔗切割质量的综合评价值越大,切割质量越差;刀盘轴向振幅和刀盘转速同时增大,甘蔗切割质量的综合评价值增大,切割质量变差。用高速摄像机观察砍蔗过程发现,甘蔗需经历1次以上的切割才会被砍断,且不同的切入位置之间存在高度差。应采取减振措施降低切割系统的振幅,同时提高车架和切割系统的固有频率,避免出现共振现象。研究结果可为研发具有高切割质量的甘蔗收获机提供参考。     

小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验

针对小型整秆式甘蔗收割机工作时破头率高,容易堵塞等缺陷,该文对原样机切割系统的切割输送装置、布局和提升方式等进行了改进,在原样机切割系统前增加一个辅助喂入辊。对改进样机刀盘的振动测试结果表明:改进后切割装置动态刚性得到提高,刀盘振动小。田间对比试验表明:改进后甘蔗宿根破头率由原来的15.9%降低为4.7%,蔗茎合格率由原来的51.0%提高到82.5%,喂入量由原来1.129 kg/s提高到1.894 kg/s。该文可为整秆式小型甘蔗收获机的机械设计提供参考。