基于振动机理的藜蒿扦插机分苗机构设计与试验

目前,藜蒿栽植主要依靠人工扦插。分苗装置是实现藜蒿机械化扦插的关键部件,为实现藜蒿苗杆的有序进给,该文设计了一种基于振动机理的藜蒿扦插机分苗装置。在分析振动式分苗装置振动机构-曲柄滑块机构运动分析基础上,利用Matlab优化了振动式分苗装置的结构参数,即当该曲柄摇杆机构的连杆、摇杆分别取499 mm、273 mm时,机构达到最好传力效果。利用Ansys对分苗装置的振动特性进行了模态分析,为防止弹簧钢板变形,振动频率应小于98.66 Hz。而后,以曲柄长度、振动频率、轨道倾角为试验因素,开展了藜蒿分苗装置的试验研究。极差分析结果表明,试验台倾角对分苗合格率影响较大,振动频率次之,偏心距影响最小,优化组合为：振动频率36 Hz、轨道倾角6°、曲柄长度14 mm,此优化组合参数下藜蒿苗杆分苗合格率可达86.3%。该研究工作实现了藜蒿苗杆的机械化分苗,为藜蒿扦插机械的进一步研究提供了参考。     

基于振动机理的藜蒿扦插机分苗机构设计与试验

目前,藜蒿栽植主要依靠人工扦插。分苗装置是实现藜蒿机械化扦插的关键部件,为实现藜蒿苗杆的有序进给,该文设计了一种基于振动机理的藜蒿扦插机分苗装置。在分析振动式分苗装置振动机构—曲柄滑块机构运动分析基础上,利用Matlab优化了振动式分苗装置的结构参数,即当该曲柄摇杆机构的连杆、摇杆分别取499 mm、273 mm时,机构达到最好传力效果。利用Ansys对分苗装置的振动特性进行了模态分析,为防止弹簧钢板变形,振动频率应小于98.66 Hz。而后,以曲柄长度、振动频率、轨道倾角为试验因素,开展了藜蒿分苗装置的试验研究。极差分析结果表明,试验台倾角对分苗合格率影响较大,振动频率次之,偏心距影响最小,优化组合为:振动频率36 Hz、轨道倾角6°、曲柄长度14 mm,此优化组合参数下藜蒿苗杆分苗合格率可达86.3%。该研究工作实现了藜蒿苗杆的机械化分苗,为藜蒿扦插机械的进一步研究提供了参考。     

采用TRIZ理论的豌豆割晒机械装备设计与试验

针对目前豌豆收获机械化技术在国内研究较少,为实现中国豌豆收获机械化配套作业,减轻劳动力投入,设计了一款豌豆割晒机械装备。首先对豌豆特性进行研究,分析了豌豆收获作业存在的问题。然后基于TRIZ理论中"物-场模型"分析方法进行了切割系统及输送系统的"物-场模型"功能分析,同时采用"冲突解决原理"解决割晒系统中涉及的矛盾冲突,获得合适的解决方案,并依据豌豆植物特性对割晒机主要机构进行了创新设计。完成了豌豆割晒系统中割晒装置、防缠绕拨禾装置、输送铺放装置等关键设计方案求解。最后基于虚拟样机技术建立豌豆割晒机模型结构,并加工出样机,在河南南阳、内蒙古商都、北京平谷3处试验田进行田间试验。田间试验结果 1表明,割晒机有较强的适应性,割茬高度小于40 mm,收割效率达到0.13~0.19 hm^2/h,北京平谷区试验中收割损失率仅4.96%,漏割率为4.78%。所设计豌豆割晒机作业效果满足农户需求,可为后续豌豆相关收获作业机械装备研究提供参考。     

秸秆类生物质原料筛分除杂试验及滚筒筛改进

为解决秸秆收获后小杂质去除问题,针对粒度在10 mm以下的玉米秸秆原料,利用样品分析筛,将原料分为9个粒度等级,之后进行热工特性测定、沉降试验。通过对不同粒度的玉米秸秆原料进行热工特性对比试验,分析灰尘等细颗粒物杂质在不同粒度原料中的比例及影响,发现粒度级别为0.2~0.33、0.2 mm这2个物料尘土质量分数超过50%,而占总质量的百分含量仅为3.39%,故提出原料的最佳筛分粒度范围为0.33 mm。优化改造筛分除杂装置,其最佳工况下的技术参数为:筛筒长1 000 mm,筛筒直径500 mm,筛筒倾斜角10°,转速34 r/min,筛网孔径0.33 mm。利用该装置,进行筛分工况确定试验、验证对比试验及经济分析,发现:使用筛网后的物料压块成型后,挥发分及热值有大幅度提升,灰分减少25.21%,大大降低了秸秆物料对成型机关键部件造成的磨损及对燃烧设备的结渣风险。其过筛后的压块成型燃料经济价值提高到563.5元/t,可提高收益6.91%。该文提出了一种适合中国生物质成型燃料大规模生产的筛分技术及配套装置,为生物质燃料清选工艺提供技术支撑,为秸秆的能源化利用提供重要参数依据。     

扇贝苗分级计数装置的设计与试验

针对目前底播虾夷扇贝（patinopecten yessoensis）苗种海上抽样分级计数用工量大、劳动强度高、工作效率低以及分级计数误差高等问题,通过对獐子岛虾夷扇贝底播作业模式和抽样分级计数方式的调研,设计了能够适应海上收购、分级计数、底播等要求的贝苗分级计数装置,该装置由分级筛选机构与排队传送计数机构组成,可同时实现4种规格贝苗的分级与计数。试验分2阶段进行,第1阶段分别对影响分级筛选机构分级准确性与排队计数机构统计准确性的因素进行正交试验分析与验证,确定贝苗分级计数装置的最佳工艺参数,其中分级贝苗投入量2.5 kg/min、筛网孔径增量?2 mm、筛网电机转速130 r/min、筛面与水平方向夹角2°、筛网长度1.2 m时分级效果最佳,计数筛选投入量为2 kg/min、排队上档板与传输方向夹角θ1=45°、下档板与传输方向夹角θ2=30°、传动带电机转速为115 r/min时计数效果最佳;第2阶段在小长山岛海区进行海上对比试验,贝苗分级规格从小到大分别为<30、30～35、>35～40、≥40 mm。4次试验中,≥40 mm规格的贝苗机械与人工分级计数的偏差率分别为2.82%±0.19%、2.33%±0.30%、2.28%±0.15%、2.90%±0.11%,>35～40 mm规格贝苗分级计数偏差率分别为3.05%±0.14%、4.26%±0.15%、4.38%±0.19%、3.66%±0.23%,30～35 mm规格贝苗分级计数偏差率分别为2.26%±1.01%、1.75%±1.02%、2.10%±1.39%、2.29%±1.639%,<30 mm贝苗规格分级与计数偏差率分别为9.04%±1.56%、11.44%±1.79%、7.63%±3.03%、9.23%±4.89%,同种规格机械与人工分级计数偏差率差异均不显著（P>0.05）。采用机械分级与计数统计在2人辅助（筛选与计数投苗工作）的情况下,完成20 kg贝苗分级计数所需时间平均为16.9 min,作业效率为0.59 kg/min,为人工作业（每组8人同时工作）效率的4.54倍,且作业人数减少6人,作业强度大幅降低。采用贝苗分级计数装置对贝苗进行抽样分级作业经济效果显著,每次底播期分苗作业(2个月完成0.67亿个贝苗的分级与计数)可节省费用约为62.512万元。由此说明,贝苗分级计数装置具有较好的稳定性,且在提高工作效率、降低劳动强度和增加经济性等方面效果显著,具有推广应用前景。     

基于VMD的谷物清选筛振动分析与结构优化

针对谷物清选筛运转时转子系统不平衡引起的振动问题,该研究以上筛为鱼鳞筛、下筛为编织筛的曲柄滑块式清选系统为研究对象,测试了其振动特性,并进行结构优化以减小系统的不平衡振动。首先,分析了系统的传动方式与工作原理;其次,使用DH5902动态信号采集仪对系统展开振动测试,采集了驱动机构转子系统轴承座处的振动信号,然后对其进行时、频域分析,计算均方根、功率谱密度来衡量振动强度和主要的频率成分,在此基础上,基于变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和模糊熵与峭度构建的综合指标对信号进行特征提取与分析,以综合指标最小的特征分量为原始信号的敏感分量,计算并分析其包络谱,提取系统的不平衡振动;最后,采用惩罚函数法,以配重块质量和安装位置为优化变量构建优化函数对驱动机构进行优化。结果表明,清选筛不平衡振动主要分布在30.13 Hz处,振动强度为0.24～0.29 dB,优化后的配重块质量为3650 g,距离轮盘中心的偏心距为136.7 mm,在30.13 Hz处振动强度为0.11～0.12 dB,最大下降了58.62%。研究结果可为谷物联合收获机的减振分析与结构优化设计提供参考。     

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40～0.85 hm²/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。     

棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机研制与试验

针对新疆棉区秸秆粉碎还田与残膜回收机联合作业时出现的膜杆不分、残膜回收率低、脱膜效果差以及残膜易缠绕等问题,该文设计了棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机,主要由牵引装置、秸秆粉碎装置、秸秆输送装置、浮动式残膜回收装置、脱膜装置、传动系统、残膜回收箱、机架和地轮等组成,一次作业可实现棉秸秆粉碎还田、膜杆分离和残膜回收。该机将锤片式棉秸秆粉碎装置与刮板式输送装置相结合,用于秸秆粉碎还田和秸秆与待收残膜分离;采用浮动式起膜机构和齿耙式搂膜装置回收残膜,地面仿形效果好,有利于提高残膜回收率;用气力脱膜装置脱膜,提高脱膜可靠性,并防止残膜与收膜装置的缠绕而影响机具正常工作。通过对主要工作部件的设计,确定主要结构和工作参数,并分析了样机的工作过程。田间试验表明,在机具作业速度5～5.5 km/h、秸秆输送链轮转速125 r/min、输送装置倾角40°、残膜输送链轮转速70 r/min和风机转速1 620 r/min时,能达到膜杆分离率97%,残膜回收率88.6%,脱膜率89.4%,能够满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求,研究成果有利于解决棉田残膜污染问题。     

果园秸秆覆盖机弹齿式解捆防堵装置设计与试验

针对果园秸秆覆盖机解捆铺料装置易堵塞问题，该研究基于秸秆解捆过程力学分析，设计了一种弹齿式防堵装置。首先建立防堵装置-秸秆捆离散元模型，通过EDEM仿真比较了加装和未加装防堵装置情况下秸秆扰动情况和出料口秸秆密度变化，阐释了解捆铺料作业过程中秸秆堵塞的形成机制。与未加装防堵装置的仿真结果相比，在刀齿线速度2.3 m/s、秸秆捆前进速度0.05 m/s下，加装防堵装置后出料口内侧秸秆平均密度降低了46%，出料区单位质量流率下的解捆阻力矩降低了28.1%，表明防堵装置可有效降低刀齿扰动区域和出料口秸秆密度，避免秸秆在下料口滞留和高压区形成，进而降低解捆阻力矩。以解捆铺料装置阻力矩标准差为指标开展正交试验，得到最佳工作参数为解捆铺料装置主动辊转速225 r/min、刮板主动辊转速5.0 r/min、弹齿间距100 mm。验证试验表明，与未加装防堵装置相比，185、225和265 r/min三个解捆铺料装置主动辊转速下（刮板主动辊转速和弹齿间距不变），解捆铺料装置阻力矩标准差降低率分别为29.5%、34.0%和30.7%，同时平均阻力矩和峰值阻力矩降低率分别为16.1%和28.5%，所设计的防...     

滑切防缠式香蕉秸秆还田机设计与试验

针对香蕉秸秆富含纤维且含水率高等物理特性,现有的秸秆与根茬粉碎还田机田间作业时存在着切割阻力大,秸秆纤维易缠绕等问题。采用理论建模方法确定了秸秆滑切刀片的刀刃曲线方程;设计阐述了还田机的关键结构参数,该文研制出一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,并阐述了还田机械的总体机构与工作原理,同时对其秸秆粉碎率以及功耗进行田间试验。结果表明:各因素对香蕉秸秆粉碎率和功耗影响的显著性顺序从大至小依次均为秸秆粉碎刀辊转速、灭茬刀辊转速、机器前进速度。当机器前进速度为1.39 m/s、秸秆粉碎刀辊转速为1 600 r/min、灭茬刀辊转速为500 r/min时,香蕉秸秆粉碎率为95.2%,功耗为4.96 k W。在最优工作参数情况下,实际香蕉秸秆粉碎率为94.9%,实际功耗为5.1 k W,与软件分析值(95.2%、4.96 k W)间的误差分别为0.31个百分点、0.27%,验证了分析的可信性。通过与甩刀式立式香蕉秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出所研制的滑切防缠式香蕉秸秆还田机秸秆粉碎率提高1.94个百分点,功耗降低11.3%。该机器的设计为中国南方热带地区香蕉秸秆还田技术的推广与应用提供了基础。     

1JHL-2型秸秆深埋还田机设计与试验

为了改善土壤耕层结构,协调土壤水、肥、气矛盾,有机养分消耗与积累矛盾,实现秸秆深埋还田,研制了1JHL-2型秸秆深埋还田机,主要由秸秆粉碎装置、螺旋开沟装置、输送装置、落料装置和覆土装置等组成。该机具收集两垄秸秆埋于一条垄沟,可实现秸秆垄沟隔行交替深埋,一次完成秸秆粉碎、收集、开沟、深埋、镇压等多项作业,适用于东北平原中南部棕壤土区合理耕层构建的秸秆深埋还田的技术要求。通过对秸秆在输送装置上的斜抛运动分析和土壤颗粒相对于螺旋式开沟器动力学分析,确定了机具的结构参数与性能参数:秸秆粉碎装置的作业幅宽为120 cm,输送装置的工作宽度为80 cm,螺旋式开沟器开沟宽度为40 cm;秸秆粉碎轴转速为1 620 r/min,Y型甩刀的刀尖线速度为40 m/s,输送带带速为1.416 m/s。通过田间试验得到,在机具前进速度为3 km/h,开沟装置转速为270 r/min,开沟深度为28 cm的情况下,秸秆切碎合格率为93.5%,秸秆深埋率为92%。达到了秸秆深埋还田、增强土壤有机质的要求,实现虚实并存的耕层结构,为秸秆深埋还田机的设计和评价提供参考。     

水稻秸秆收集与连续打捆复式作业机设计

针对单体打捆机捡拾联合收获后田间滞留的水稻"站秆"及"残茬"收净率较低,以及圆捆打捆机绕线卸捆时需停机导致作业效率低等问题,该文将现有水稻联合收获机的脱粒清选和粮箱等装置与圆捆打捆装置置换,在输送槽出口与打捆装置集料口处设置集料装置作为缓存区,采用自动控制技术控制各功能部件连续作业,最终研发出集切割、捡拾、收集、打捆、集捆等功能于一体的田间水稻秸秆收集与连续打捆复式作业机。田间性能试验表明:在作业档的工况条件下,作业速度越快,成捆效率越高,但圆柱规范度程度越差;经测定,整机以中速档(1.1 m/s)连续作业3.4 h后,其成捆率为98%,生产率为0.4 hm2/h,秸秆收净率为95%。该研究为机械化收获后有效提高秸秆利用率以及实现农业生产中农机具的一机多用提供了参考。     

2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机的设计与试验

深松培垄施肥是玉米等作物种植过程中重要的田间管理环节,具有打破犁底层,加深耕作层,改善耕层结构,提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的能力。针对东北地区常年作业所导致的土壤耕层较浅、土壤板结严重以及深松阻力大的问题,结合了深松、培土和施肥等关键技术,设计一种与32.5 kW以上拖拉机相配套的可一次性完成深松培垄和追肥等多项作业的深松培垄联合作业机。以拖拉机前进速度、垄沟深松深度、培土器开角为因素,伤苗率和比阻作为评价指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明：各因素对伤苗率和比阻影响的主次顺序依次为深松深度、培土器开角、前进速度;因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm,起垄犁开角为60°,前进速度为5 km/h,伤苗率均值为3.31%,比阻均值为1.97 N/cm2。经过田间试验作业性能好,各项作业指标达到了农艺要求。深松培垄同时作业减少了动力消耗,减少了工作阻力,为旱地合理耕层的构建配套机具提供了参考。     

稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机喷菌装置的设计及试验

针对秸秆集沟还田模式下稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机开沟埋草作业后,入沟秸秆较难腐解影响田间中期管理的问题,结合该机结构参数和工作特点,设计了喷菌装置与该机集成,对秸秆喷施生物菌促使其快速腐解。试验表明:喷菌装置不影响一体机各功能的正常工作,作业速度为0.27 m/s时喷菌雾滴连续,秸秆表面覆盖率为67.50%,对20 cm层的秸秆穿透率达43.49%,比普通背负式喷雾器分别高出74.9%和347.4%,性能优势明显。观察期内喷菌处理对秸秆的腐解率最佳达74.6%,比未喷菌处理的12.8%提高482.8%。该研究为秸秆集沟还田一体机的适用性和秸秆集沟还田的进一步推广提供参考。     

秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置改进

针对秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置存在的功耗高、易堵塞的问题,设计并分析了抛送管道改进结构,在此基础上以比功耗和抛送速度为目标函数,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对洁区播种机秸秆输送装置的工作参数进行了试验研究,以抛送叶轮转速、喂入量和抛送管道截面积作为影响因素进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆输送性能有较大影响,比功耗影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;抛送速度影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;最优参数组合为抛送转速2 270 r/min,喂入量1.3 kg/s,管道截面积507 cm~2,对应的比功耗和抛送速度分别为7 980 m~2/s~2、11.7 m/s,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置的结构完善设计与参数优化提供依据。     

洁区播种思路下麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机研制

针对黄淮海花生主产区常规机播多种机具多次下田、生产成本高问题,以及传统免耕播种不适宜全秸秆覆盖地作业,存在缠绕壅堵、架种、晾种问题,研制了基于“洁区播种”思路的麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机。该机配套75 k W以上拖拉机,作业幅宽2 400 mm,可一次完成碎秸清秸、苗床整理、施肥播种、均匀覆秸,整个施肥、播种、覆土作业在无秸秆影响、相对“洁净”的区域内完成,纯生产率大于0.53 hm2/h,适宜麦收后秸秆未作任何处理的全秸秆覆盖地。田间试验及测产表明,该机作业顺畅、可靠、播种质量高,作业后麦秸秆平均长度115 mm,秸秆覆盖均匀率83%,播种施肥平均深度分别为46和59 mm,合格率分别达到98%和89%,每公顷产量约为5 749.5 kg,各项作业指标均符合主产区花生生产要求。该研究提出的“洁区播种”思路亦可实现全秸秆覆盖地免耕播种小麦、玉米、大豆等不同旱地作物,为推进机械化秸秆禁烧提供了适宜装备。     

4JSM-2000型棉秆粉碎与残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆秋后棉地残膜回收机械化水平,解决传统残膜回收机械普遍存在的残膜回收率低、含杂率高、残膜易缠绕和作业效率低等问题,该文研制了一种可一次完成棉秆粉碎还田、残膜回收、残膜与棉秆及土等杂物分离作业的秋后棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机。该机使用锤片式粉碎装置和螺旋搅龙输送装置,作业时起膜齿将残膜揭起后堆积在起膜齿末端处;偏心滚筒式拾膜机构将残膜拾起并运送至卸膜机构,捡拾滚筒壁上的卸膜槽与卸膜叶片协调配合完成卸膜作业,卸膜叶片通过卸膜辊的高速旋转产生离心风力,使落入蜗壳壳体内的残膜沿风道进入残膜回收箱,完成残膜回收。田间试验结果表明,该机在作业速度为6.0 km/h时,作业效率为1.15 hm2/h、棉秆粉碎合格率为90.1%、残膜回收率84.4%、膜秆分离率87.3%,棉秆粉碎还田和膜秆分离效果较好。该机各项参数满足农艺要求,研究结果有利于解决棉田残膜污染问题。