旱区全膜双垄沟播履带式玉米联合收获机的设计

针对中国北方旱地全膜双垄沟播玉米种植方式,解决玉米收获过程中的摘穗啃伤、田间作业垄上行走稳定性差及玉米茎秆回收再利用问题,设计了一种履带式玉米穗茎兼收型联合收获机,以及配套的立辊式摘穗割台和茎秆切碎抛送装置。设计的非对称立辊式对行收割结构,可适应玉米全膜双垄沟播收获作业要求,实现了穗茎兼收,提高了秸秆利用率,并总结了立式割台“间隙夹持-倾斜喂入-滑动摘穗”的立式摘穗收获机理。利用立式摘穗试验样机,以机具前进速度、主动链轮转速、摘穗辊直径、切碎刀轴转速为影响因素,果穗损失率、茎秆切碎合格率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:在机具前进速度3.8m/s、主动链轮转速1150r/min、摘穗辊直径82mm、切碎刀轴转速1650r/min时,果穗损失率为2.61%、茎秆切碎合格率为92.81%。优化模型与田间验证性试验得到的果穗损失率均值2.8%、茎秆切碎合格率均值93.1%相接近,满足旱区全膜双垄沟播玉米收获要求。     

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1 100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16～40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1 210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降...     

上拉茎掰穗式玉米收获台架试验与分析

针对现有摘穗装置存在的果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文采用了自上而下的掰穗原理,搭建了上拉茎掰穗式玉米收获试验台,进行了摘穗辊转速、两摘穗辊间隙和摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失的影响试验;试验中采用高速摄像系统对玉米摘穗过程进行快速捕捉,有助于后期的综合分析。通过单因素试验和方差分析表明,玉米摘穗辊转速对玉米籽粒损失率有显著的影响,在500~1 000 r/min变化范围内,玉米籽粒损失率的变化先降低再升高,700 r/min时损失最小,籽粒损失范围0.22%~0.39%;两摘穗辊间隙在4~12 mm范围内,玉米籽粒损失总体呈下降趋势,间隙为10 mm时损失最小,玉米籽粒平均损失率0.33%,两摘穗辊间隙对玉米籽粒损失率有显著的影响;摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失影响不明显。试验结果表明,采用自上而下的摘穗方式能够有效的降低传统摘穗装置果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,实现低损伤摘穗。该研究丰富了玉米摘穗理论,为玉米收获机型的研发提供了参考。     

玉米摘穗收获机械损伤影响因素分析

针对辊式玉米收获机收获损失大、籽粒损伤高的问题,该文通过理论分析与台架试验相结合的方法对摘穗过程中玉米损伤的影响因素及趋势进行了分析,建立了摘穗时果穗受力的数学模型并分析了各作用力随摘穗辊间隙、果穗直径的变化规律及其对收获损失和籽粒损伤的影响:随着摘穗辊间隙和果穗直径增大,摘穗辊凸棱对果穗的作用力、果穗受到摘穗辊的摩擦力以及果穗大端籽粒所受竖直方向的作用力都呈增大趋势,果穗损伤增加;果穗长度超过175 mm时,随果穗长度增加籽粒损伤明显增大,但果穗长度对籽粒损失无显著影响;摘穗辊转速在650~850 r/min变化时,果穗损伤率和籽粒损失随转速增加呈现先减小后增大的趋势;利用高速摄像技术对果穗的运动分析发现:果穗竖直方向运动速度对果穗损伤无明显影响,但果穗与摘穗辊接触时间越长,越容易对果穗造成损伤。该文通过对机械摘穗损伤机理的分析明确了影响摘穗损伤的主要因素,可为玉米摘穗装置的优化设计提供参考。     

履带式坡地玉米收获机设计与试验

针对中国丘陵山地玉米种植以小地块、坡地块较多制约玉米机械化收获的现状,设计了一款履带式坡地玉米收获机,实现山地丘陵地区复杂地形条件玉米机械化收获。该收获机采用横辊摘穗技术,解决了传统摘穗辊喂入性不流畅和复杂地形下玉米植株的喂入问题,提高割台的喂入量,有效缩短整机长度0.5～1.2m左右;并采用可伸缩式履带行走底盘,通过调整履带轮距增大整机重力变化的安全范围,降低坡地作业机器侧翻风险,使整机在复杂地形条件下的行驶稳定性提高了27.34%;基于液压控制原理研制了双向作业操控系统,实现在山地丘陵等小地块条件下的转弯掉头作业功能;通过正交试验确定果穗损失率考核指标的影响因素,包括机具前进速度、摘穗辊间隙、摘穗辊转速;利用Design-expert建立各影响因素与指标间的数学回归模型,确定了最佳参数组合:机具前进速度为2 km/h、摘穗辊间隙为14 mm、摘穗辊转速为1000r/min;在该最优参数组合工况下,果穗损失率为1.25%。该机设计各项指标符合国家相关标准,能够满足丘陵山地地区玉米机械化收获需求。     

全膜双垄沟播玉米穗茎兼收对行联合收获机的研制

为适应中国西北旱区玉米全膜双垄沟播种植模式,解决传统玉米收获机械收割过程不对行、玉米籽粒损失率高的问题,设计了一种自走式穗茎兼收型旱区玉米全膜双垄沟联合收获机。该机采用对行式收割割台、立式摘穗辊装置、割台下方中间位置输送玉米果穗、立式摘辊后方设置茎秆切碎装置、机身侧面输送经切碎后的玉米茎秆,实现了旱区玉米全膜双垄沟播种植的对行收割以及穗茎兼收,降低了籽粒损失。田间试验表明,在机具作业速度为3~4.5 km/h、立式摘穗辊转速为1 100 r/min、茎秆切碎装置转速为1 584 r/min时,籽粒损失率为1.8%,果穗损失率2.4%,籽粒破碎率0.77%,茎秆切碎合格率92.6%,苞叶剥净率95.1%,能够满足玉米联合收获技术要求。     

仿生玉米掰穗装置掰穗速度与功耗试验

目前国内外采用的玉米摘穗装置均存在着籽粒破损率高、含杂率高和功率消耗大等问题,为解决上述问题,该文采用模仿人工收获玉米果穗的方式,设计了仿生玉米掰穗装置。首先进行拉力测试试验,分别在静态与动态2种条件下对传统摘穗方式与仿生掰穗方式收获玉米果穗所需力进行测量,验证仿生掰穗方式可行性;然后设计仿生玉米掰穗装置试验台并进行掰穗速度与功率消耗的综合试验,得到掰穗手速度与纯功率消耗的关系。试验表明:静态传统摘穗方式与仿生掰穗方式收获玉米果穗平均所需力分别为435和41.4 N。动态传统摘穗方式与仿生掰穗方式收获果穗平均所需力分别202.5和20.7 N。仿生掰穗比传统摘穗所需力大大减少。与传统玉米收获装置相比(正常工作速度1.2 m/s),该装置功率消耗低,约为36 W,小于传统一对摘穗辊消耗的纯功率(240 W)。该研究为玉米收获机摘穗部件的改进提供了参考。     

仿生手掰穗玉米收获装置结构及运行参数优化

针对板式摘穗含杂率高,辊式摘穗果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文提出了一种仿生掰穗手式玉米收获机构。通过对该机构及关键部件的理论分析,确定整机结构参数,掰穗手数目1~3个、掰穗手速度0.95~2.85 m/s、夹持导轨行进速度0.83~1.67 m/s;利用搭建的仿生掰穗手式玉米收获台架试验装置,以掰穗手数目、掰穗手速度、夹持导轨行进速度作为试验因素对籽粒损失进行三因素三水平二次回归正交试验;通过Design-Expert 8.0.6数据分析软件,建立各因素与指标的响应面数学模型,分析了各因素与评价指标之间的关系,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对籽粒损失率均有显著影响(P0.05),影响主次顺序为掰穗手速度掰穗手数目夹持导轨行进速度;得到各试验因素最优参数组合为掰穗手数目2个,掰穗手速度2.15 m/s,夹持导轨行进速度1.14 m/s,对应的籽粒损失率为0.031%。根据该试验参数组合,进行台架试验验证,可以得到籽粒损失率为0.04%,评价指标与理论优化值的相对误差仅为0.009%,远低于国家标准(2%),优化预测模型可靠。该研究实现了玉米果穗的低损收获,验证了模仿人工掰穗的可能性,为低损伤玉米收获的研发提供了参考。     

轮式刚柔耦合减损玉米摘穗割台的设计与参数优化

为解决玉米收获机械摘穗割台籽粒损失率高的问题,该文提出利用刚柔耦合原理进行割台减损的方法。通过对摘穗过程中的果穗和籽粒进行受力分析,理论计算果穗的碰撞过程,确定改变摘穗接触部件的结构和材料,以降低籽粒损失;设计了轮式刚柔耦合减损摘穗装置,对摘穗轮进行了受力分析,依据受力分析结果及尺寸边界条件确定了摘穗轮、支架及缓冲弹簧的结构尺寸;在拉茎辊转速、摘穗轮半径、柔性体厚度三因素下,进行了三因素三水平Box-Behnken响应曲面分析法的试验设计;通过试验建立了籽粒损失率与三因素的回归数学模型,确定轮式刚柔耦合摘穗机构最优参数为:拉茎辊转速700 r/min,摘穗轮半径15 mm,柔性体厚度4 mm;在籽粒含水率为21.8%、16.7%和13.4%下,进行了轮式刚柔耦合摘穗机构和板式摘穗机构的对比试验,籽粒损失率分别降低了53.4%、48.6%和47.0%。该研究为改进玉米收获机械割台提供了理论依据和设计参考。     

影响玉米摘穗过程中籽粒破碎和籽粒损失率的因素分析

为了降低玉米的收获损失，该文通过摘穗板式摘穗机构的正交试验方法，对在玉米摘穗过程中影响籽粒破碎和籽粒损失率的4个因素——摘穗板的形式、拉茎辊转速、籽粒含水率、机具前进速度进行了分析。结果表明，籽粒破碎率受籽粒含水率的影响最大，受摘穗板形式和拉茎辊转速影响次之，受前进速度的影响较小。籽粒损失率受拉茎辊转速的影响最大，受摘穗板形式的影响次之。当籽粒的含水率较低(30%左右)、摘穗板的形式为弯板、拉茎辊转速为中速度(600～700 r/min）时进行玉米的摘穗作业时，综合指标较好。     

大蒜果秧分离机构参数优化及试验

为了提高大蒜果秧分离机构的作业质量,降低蒜头的平均留茎长度、伤损率、提高切痕合格率,该文运用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论,在构建的大蒜果秧分离试验台上,对主夹持链输送速度、蒜株夹持角度、蒜株夹持高度、夹持株数等影响其作业质量的4个因素进行四因素三水平的响应面试验。建立了响应面数学模型,分析了各影响因素对作业质量的影响,同时,对各影响因素进行了综合优化。结果表明试验因素对果秧分离质量有较大影响,综合优化结果为主夹持链输送速度1.05 m/s,蒜株夹持角度77°,蒜株夹持高度220 mm,夹持株数2株,此时平均留茎长度为36.9 mm、伤损率为2.23%、切痕合格率为98.29%。研究结果可为大蒜果秧分离机构的结构完善设计和作业参数优化提供依据。     

自走式甘蓝收获机的设计与试验

针对中国甘蓝收获机械化水平低、缺乏相应甘蓝收获装备的现状,在统计分析主要甘蓝品种物理参数的基础上,设计了一种适合南方田间作业的自走式甘蓝联合收获机。该机型采用单行一次性收获方式,配置有专用动力底盘,收获台架主体包括引拔装置、输送提升装置、切根装置、剥叶装置、收集装置等,动力由液压系统驱动,可一次完成甘蓝的拔取、输送、切根、剥叶、装箱等作业。田间试验表明,该收获机各工作部件工作稳定,表现出了良好的收获效果,收获速度为0.3 m/s时,拔取成功率为86.7%,输送成功率达93.3%,切根合格率为75.0%,剥叶合格率为81.7%,基本满足甘蓝的机械化收获要求。该研究为中国解决甘蓝的机械化收获提供了参考。     

卧辊式摘穗机构摘穗辊高度差对玉米籽粒损失的影响

针对卧辊式摘穗装置存在的玉米籽粒损失严重、含杂率高等问题,该文通过理论分析和台架试验相结合的方法对摘穗过程中两辊高度差对玉米损伤的影响及趋势进行了分析。单因素试验和方差分析表明,θ(两辊轴线垂直的平面内,两辊中心连线与水平面的夹角用θ表示)对玉米籽粒损失率有显著的影响(P0.05)。θ在24°~30°范围内,玉米平均籽粒损失率呈现明显的下降趋势,θ在30°时玉米平均籽粒损失率最小,3次试验的平均籽粒损失为0.242%~0.483%;θ在33°、36°时,籽粒损失率较小,且相差不大。利用高速摄像技术对摘穗过程分析发现,θ较小时,果穗滞留摘穗辊和"弹跳"现象是造成果穗二次损伤的主要原因;θ较大时,玉米植株喂入困难,玉米秸秆弯曲严重甚至折断。为此,提出了在低位辊上安装弧形隔板的优化方案,试验验证表明,果穗通过弧形隔板滚动出摘穗区域,避免了低位辊对果穗的损伤,有效降低了玉米果穗的啃伤和籽粒损失率。该研究为卧辊式玉米摘穗装置的优化改进提供了参考。     

辊刷式蓖麻收获机采摘机构优化设计与试验

针对蓖麻机械化采收时采净率低、破损率高等难题,结合蓖麻物理特性和种植模式,研究设计了辊刷式蓖麻收获机采摘机构。首先在分析采摘机构总体结构的基础上阐述了辊刷式采摘原理,阐明了辊刷、螺旋输送器、传动系统等关键部件的设计。进一步地,为探究采摘机构相关参数的最优组合,提高蓖麻采摘质量,采用Box-Benhnken响应面试验设计理论,以前进速度、辊刷转速、刷丝长度为影响因素,以采净率、籽粒破损率及含杂率为作业质量评价指标,进行参数优化试验。建立各影响因素与指标之间的回归数学模型,并分析各因素对响应值的交互影响,同时对模型进行了综合优化,获得最优参数组合为:前进速度0.72 m/s、辊刷转速371.69 r/min、刷丝长度56.60 mm,对应的采净率、籽粒破损率、含杂率分别为90.81%、0.17%、11.27%。对优化结果进行验证试验,试验结果表明在最优参数组合下,采净率为91.36%、籽粒破损率为0.18%、含杂率为11.67%,各评价指标与预测值均很接近。研究结果可为辊刷式蓖麻收获机进一步完善结构设计和工作参数优化提供参考。