油葵收获机拨禾板式割台装置研制

针对目前油葵机械化收获存在缺少专用机械设备、籽粒损失率和破损率均较高、收获设备工作性能不可靠等问题,该研究设计了油葵联合收获机拨禾板式割台装置并介绍其结构与工作原理,建立拨禾齿的运动模型,分析拨禾机构运动特性并获取拨禾齿端点的运动轨迹。通过对拨禾齿端点运动轨迹仿真,分析拨禾板转速、机具前进速度与拨禾板圆周数量之间的变化关系;利用MATLAB软件编写程序,仿真获取相邻两拨禾齿端点的运动轨迹曲线,解决拨禾齿运动参数不合理、籽粒碰撞损失较高的难题。割台性能试验结果表明,当割台倾斜角度25°、绞龙转速150r/min、拨禾板与导板距离170 mm时,油葵花盘损失率为2.04%。进一步通过田间油葵收获正交试验和参数优化,分析油葵收获机前进速度、拨禾板转速、茎秆留茬高度的不同组合对油葵籽粒损失率及破损率的影响,利用Design-Expert获取最优参数组合。结果表明,当油葵收获机前进速度1.2 m/s、拨禾板转速240 r/min、茎秆留茬高度570 mm时,油葵籽粒损失率与破损率分别为1.90%和0.65%。研究结果可为提高油葵联合收获机的作业性能、油葵收获机的结构设计和参数优化提供参考。     

拨禾指式不对行玉米收获装置的试验

为解决玉米收获机不对行收获问题,采用先割断秸秆、再拨禾摘穗技术,提高玉米收获机对种植行距的适应性;通过对拨禾指、甩刀与摘穗机构的优化组合,设计、制作出拨禾指式玉米收获装置,对关键技术及影响因素进行了分析,提出了拨禾指将玉米秸秆分禾、喂入、输送过程中的技术条件。通过在中国东北高产垄作和黄淮海一年两熟玉米种植区进行试验表明,各项技术指标符合国家标准,行距的适应范围为300～800 mm,对机具跨区作业、机器利用率和增加农机户收入具有现实意义和实用性。     

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...     

4LZ-1.5型大豆联合收获机设计与试验

为实现国内大豆大田生产低损收获同时兼顾大豆育种小区收获,该研究设计了4LZ-1.5型大豆联合收获机,针对大豆成熟期易炸荚的特性,分析了大豆拨禾作业过程,建立了拨禾轮结构和运动参数求解模型,并对拨禾轮半径、拨禾速度比、拨禾轮转速等参数进行优化;针对大豆结荚低、收割易铲土的特性,分析了大豆籽粒尺寸参数统计规律,并对割台除土机构进行优化;针对大豆成熟期易脱粒、易破碎特性,对脱粒分离装置、清选装置和气力卸粮装置进行优化;针对育种小区收获要求,建立了清种装置曲柄摇杆机构数字化设计模型,确定了清种装置结构参数。分别进行大田生产和育种小区收获试验,结果表明,大豆大田生产收获的损失率<3.5%,破碎率<1.5%,含杂率<1%;大豆育种小区收获的损失率<3%,破碎率<1.5%,含杂率<1%,混种率<0.2%,清种时间200～270 s,满足大豆大田生产和育种小区收获作业要求。与现有大豆收获机械相比,4LZ-1.5型大豆联合收获机收获损失率降低1.5%～5%、破碎率降低3.5%～6.5%、含杂率降低2%～7%,研究结果可为后续大豆收获机结构改进和作业参数优化提供参考。     

甘薯茎尖收获机研制

为填补中国菜用甘薯茎尖机械化收获技术空白,该文研制了菜用甘薯茎尖收获机。在分析整机机械结构基础上详细介绍了菜用甘薯茎尖收获机工作原理,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置和收集装置等关键部件设计。为了提高茎尖完整率,降低漏收率和留茬高度,提升菜用甘薯茎尖收获机收获作业质量,在单因素试验基础上利用Box-Benhnken的中心组合试验方法对菜用甘薯茎尖收获机的工作参数进行试验研究,以前进速度、拨禾轮转速以及往复割刀线速度进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面模型,研究并分析了各因素对于机器作业质量影响,最后实现对工作参数的优化。试验结果显示:各因素对茎尖完整率影响显著顺序为拨禾轮转速往复割刀线速度前进速度;各因素对漏收率影响显著顺序为前进速度往复割刀线速度拨禾轮转速;各因素对留茬高度影响显著顺序为拨禾轮转速前进速度往复割刀线速度;田间试验数据显示:最优工作参数组合是前进速度为0.38 m/s,拨禾轮转速为26 r/min,往复割刀线速度为0.60 m/s,此时茎尖完整率为97.10%,漏收率为12.11%,留茬高度为62.09 mm,与理论优化值对比误差控制在了5%范围内。相较于单个人工采摘效率仅为0.001 hm2/h,本机作业效率一般为0.1 hm2/h,作业效果较人工有明显提升,较好地满足菜用甘薯机械化收获要求。研究结果可为今后中国菜用甘薯茎尖收获装备发展提供了有力支撑和理论基础。     

拨杆喂入式菠萝采收机构设计与试验

为解决菠萝采收效率低、成本高等问题，该研究根据菠萝果实的几何特征和花萼结合处易折断、茎秆较脆等生物学特性设计了一种拨杆喂入式菠萝采收机构，分析了影响收获效率的主要因素，包括：拨禾轮半径、拨禾轮转速、履带行走机的前进速度等，并确定了关键部件的结构和运动参数。在对菠萝果实与茎秆分离的运动学和动力学分析的基础上，确定了菠萝果实在花萼与茎秆连接处或在靠近花萼的茎秆处断裂的力学依据，其中成熟度较高时，菠萝花萼处的脱落区结合强度较小，受切应力作用而断裂；成熟度较低时，茎秆较细处因弯曲过大而断裂。建立采收过程的多体运动学仿真模型，分析了收获过程中菠萝植株的力学和动力学特征，求解不同运动情况下拨杆接触果实时的接触力峰值。两因素五水平正交台架试验表明，菠萝收获效果最佳的参数组合为前进速度0.4 m/s、拨禾轮转速22.8 r/min。最优参数组合的田间试验结果表明：拨杆喂入式菠萝收获机进行收获作业时工作顺畅，采收后的植株生长状态良好；菠萝果实收获成功率为84%，损伤率为9.53%，综合评价指标为85.94%。研究结果可为菠萝采收机械的研究提供参考。     

油菜联合收获机旋风分离清选系统设计与试验

针对传统油菜联合收获机多采用风筛式清选装置,其整机结构复杂、尺寸庞大,研制了一种适于油菜联合收获的旋风分离清选系统,分析确定了旋风分离筒、输送带式强制喂料装置的结构及其相关参数,采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了旋风分离筒吸杂口风速、风量以及强制输送带线速度对油菜籽粒清洁率和损失率的影响,构建了籽粒清洁率、损失率与吸杂口风速、强制输送带线速度之间的回归方程,优化得出了最佳运行参数组合。试验结果表明:吸杂口风速为12~16 m/s,风量为0.375~0.501 m3/s,强制输送带线速度为1.570~1.884 m/s时,清选性能较好。选择吸杂口风速15.3 m/s、风量0.479 m3/s、强制输送带线速度1.570 m/s优化组合时,分析计算得出籽粒清洁率为96.98%。田间试验表明:采用取消链耙输送设计的油菜联合收获机能够保证物料喂入顺畅,旋风分离清选系统清洁率为90.21%,损失率为6.54%。该研究结果为旋风分离清选系统的结构优化和油菜联合收获机整机结构的改进提供了参考。     

油菜高速免耕直播机驱动型开畦沟装置设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区现有油菜直播开畦沟装置高速作业（≥10 km/h）时存在沟形稳定性较差、畦沟两侧厢面质量较差而导致油菜直播作业速度无法提高的问题，该研究研制了一种主动型开畦沟并同步厢面匀土的类螺桨高速开畦沟装置。基于运动学和动力学分析确定了影响减阻性能的关键因素及参数范围，并依此设计和确定了类螺桨低阻开畦沟刀片及其刀组排列方式；为降低阻力和保证抛土效率，开展了基于刀盘-土壤离散元模型的刀片旋切特性仿真试验，结果表明：随螺距角增大，阻力扭矩先减小后增加，且后磨刃的切削阻力小于前磨刃；最佳螺距角、刀刃结构参数组合下类螺桨刀组在作业速度12 km/h、刀盘转速810 r/min时，阻力扭矩较直勺刀组减小176.6 N·m，牵引阻力减小447.7 N。基于动力学分析确定了影响匀土板匀土性能的因素及其参数范围，匀土仿真试验结果表明：左、右匀土板拱度为0.19，下倾角分别为10°、7°时匀土性较好。田间试验结果表明，在作业速度9～12 km/h时，畦沟沟深169.1～188.6 mm，沟深稳定系数92.5%～95.6%、厢面平整度22.2～23.0 mm，两侧匀土变异系数分别为14.3%、17.2%，埋茬率81.96%～87.46%，碎土率93.26～95.33%；作业速度12 km/h时的作业功耗为66.84 kW，满足油菜种植农艺要求。研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速免耕直播开畦沟及高质种床制备提供新方法。     

萝卜收获机振动松土铲参数的优化

为了确定萝卜收获机振动松土铲的关键参数,利用偏心连杆式振动装置进行松土试验,以机器行走速度、松土铲激振频率和振幅、铲入土角、铲刃倾角作为试验影响因素,土壤孔隙度为响应指标,并采用二次正交旋转回归试验设计,建立了响应指标与各影响因素之间回归数学模型。通过Design-Expert 6.0软件对试验参数进行优化,确定机器行走速度0.64?m/s、激振器频率2?Hz、振幅14.38?mm、铲入土角25.72°、铲刃倾角39.68°为最优参数组合,此时土壤孔隙度为50%～60%,该研究为研究和设计萝卜收获机提供依据。     

环境友好型虾夷扇贝捕捞网具优化设计与试验

目前中国虾夷扇贝网具存在捕捞效果差、海底生境影响严重等问题,该研究基于水下视频监控技术,设计了水压板导流与随动式惊扰相结合的拖曳网架结构。采用FLUENT软件对改造后捕捞网具的水下拖曳水动力特性进行分析得出,在拖曳水深在30~50 m、拖曳速度为1.8 m/s、网口高度为350 mm时,采用22.5°～30°负迎角弧式水压板,可减轻顶部湍流对底栖鱼类的兼捕影响,且随动式惊扰装置满足作业要求,此时拖曳稳定绳长约为156.80～261.34 m、稳定角度为11.03°、稳定拖曳力为2275.83 N。通过海上捕捞对比试验得出,在拖曳速度为1.5、1.8和2.0 m/s时,改造后捕捞网具与生产用捕捞网具在捕捞量方面无显著差异（P>0.5）,在碎贝量和底栖鱼类兼捕量方面显著降低（P<0.5）。单网平均捕捞量的偏差率分别为6.30%、0.59%和5.55%,单网平均碎贝量的偏差率分别为90.63%、84.78%、85.29%,单网底栖鱼类平均兼捕量的偏差率分别为78.57%、81.25%、84.85%。且在拖曳速度为1.8 m/s时,与生产用网具相比,单网平均捕捞量偏差率最低,单网平均碎贝量的偏差率最低,底栖鱼类平均兼捕量显著减少,符合环境友好型捕捞网具设计要求。     

倾斜输送式油菜割晒机铺放质量分析与试验

针对油菜切割输送铺放过程中分枝牵扯和架空导致侧向输送难、割幅内铺放空间小、铺放难的问题,该研究根据油菜倾斜输送原理,设计了倾斜输送式侧铺放油菜割晒机。结合茎秆顺畅迁移的几何条件和运动学条件分析了油菜茎秆切割输送铺放过程,确定了倾斜输送式油菜割晒机主要结构参数和工作参数,明确了铺放质量的影响要素为拨禾轮转速、输送带线速度和输送装置倾角。以铺放角度、上下层铺放角度差、铺放宽度变异系数和铺放高度变异系数为铺放质量评价指标开展了二次回归正交组合试验。结果表明,输送装置倾角对铺放质量的影响最显著,优化参数组合为拨禾轮转速35r/min,输送带线速度1.5m/s,输送装置倾角27°。田间试验结果表明,优化参数组合条件下,割晒油菜的平均铺放角为28.3°,上、下层铺放角度差为5.4°,铺放宽度变异系数为9.6%,铺放高度变异系数为8.6%,铺放损失率为0.73%;晾晒4 d后油菜茎秆含水率和籽粒含水率分别为47.9%和9.7%,相较晾晒前分别降低了35.1%和74.4%,有利于后续捡拾脱粒清选。倾斜输送式油菜割晒机可实现油菜的顺畅输送、整齐铺放和高质低损割晒,满足多熟制油菜分段收获需要。研究结果可为油菜割晒机结构改进提供参考。     

斜置式甘蔗切割喂入装置设计及试验

为了提高甘蔗收割机的作业质量,该文设计了一种斜置式甘蔗切割喂入装置,并进行了装置性能的试验和对不同生长状态甘蔗的适应性试验。性能试验结果表明,切割喂入装置在机器前进速度为0.43m/s、刀盘转速为450r/min、刀盘倾角为8°时,甘蔗的破头率为20%、整秆率为60%、喂入率为100%、损失率为12.6%;适应性试验结果表明,甘蔗与双刀盘中心相对位置为-100mm("-"表示沿机器前进方向,甘蔗位于蔗行中心线右侧)、倒伏姿态角为40°、侧偏角为30°和甘蔗与双刀盘中心相对位置为-100mm、倒伏姿态角为60°、侧偏角为0的甘蔗适应性好。     

4SY-2型油菜割晒机铺放质量数学模型与影响因素分析

油菜割晒机是一种有许多输入和输出变量的复杂动态系统,可以用数学模型对油菜割晒机输送和铺放相关因素进行描述。分析了油菜的生物形态、割晒时油菜的成熟度、输送和铺放机构结构参数之间的关系以及排禾口因素对油菜割晒作业铺放质量的影响。给出了铺放质量与机器前进速度以及输送装置、排禾口部分参数之间的关系。田间试验表明,油菜株高在1.3～1.7m,黄熟期比较适宜于割晒作业。拨禾轮圆周线速度与前进速度的比值宜控制在1.1～1.5,输送带速度与前进速度的比值宜控制在3.2～5.0,横向拨动装置对输送带上油菜秸秆的作用节奏和作用速度与输送带输送速度相互协调时,油菜割晒作业总损失率≤1%,油菜茎秆铺放角≤30°,铺放角度差≤15°,铺放质量达到要求。     

双动刀沙棘枝条切割参数分析与试验

针对国内缺少沙棘专用机械收获装备、探明沙棘枝条最优切割参数组合,该研究设计了双动刀沙棘枝条切割试验台并开展沙棘枝条切割试验,确定了切割装置关键结构参数,基于LabVIEW开发了沙棘枝条切割特性测控系统和数据采集软件。通过单因素试验探究平均切割速度、刀具滑切角、刀刃高度和动刀组数对单位直径峰值力及单位面积切割功耗的影响;采用Box-Behnken多因素试验设计方法,以平均切割速度、枝条喂入速度和刀具滑切角为试验因素,以单位直径峰值力和单位面积切割功耗为评价指标建立回归模型。试验结果表明,评价指标随着平均切割速度、刀具滑切角和刀刃高度的增大而减小,在双动刀时比单动刀时数值更小。通过响应曲面法优化回归模型,确定最优切割参数组合为平均切割速度0.45 m/s、枝条喂入速度0.64 m/s、刀具滑切角9.4°,该组合下单位直径峰值力为53.33 N/mm,单位面积切割功耗为69.87 N/mm²,模型误差小于5%,切割参数优化结果准确。研究结果可为后续沙棘枝条收获装备的研发提供数据支撑。     

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。     

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM 的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明：显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明：旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。     

棉秆田间起拔力测量系统设计与试验

为探讨土壤、棉秆直径、起拔角度等因素对棉秆起拔阻力的影响,该文基于虚拟仪器技术,设计了一套棉秆田间起拔力实时测量系统并进行了棉秆起拔阻力测试试验。该系统由起拔力测量机械装置和起拔力测量软件组成,采用LabVIEW进行编程,实现了信号的采集读取、分析运算、实时显示及保存。利用万能材料试验机对该系统测量精度进行了标定,结果显示测量负载最大相对误差为0.4%。分别在土壤干基含水率26.93%、28.13%、25.44%;起拔角度30°、40°、50°;起拔线速度6..28和9.42mm/s条件下,以土壤含水率、棉秆根部直径、起拔角度、起拔线速度为影响因素,进行了田间棉秆起拔力测量单因素试验。试验结果表明,土壤含水率对棉秆起拔力存在影响,棉秆起拔力随棉秆根部直径增大而增大;对起拔角度和起拔线速度的回归分析表明,起拔角度对棉秆起拔力存在显著影响,起拔线速度对棉秆起拔力的影响受土壤条件差异影响,在土壤含水率较低（坚实度高）时,起拔线速度对起拔力影响显著;试验条件下最优起拔角度为30°,最优起拔线速度为6.28 mm/s。该系统能快速完成棉秆起拔力的测试,采集的数据可为棉秆收获机械设计提供参考;合理选择棉秆收获机械起拔角度,有利于减少动力消耗、提高生产效率。     

棉花秸秆双支撑切割性能试验

针对现有往复式切割器切割收获棉花秸秆过程中存在切割质量差与切割刀片易损坏等问题,该文利用自制的棉花秸秆切割试验台和高速摄影系统,以棉秆单位直径最大切割力和单位面积切割功为目标值,对平均切割速度、切割倾角和切割速比等影响因素进行了棉秆往复式双支撑切割条件下的单因素试验、中心组合试验和验证试验。利用响应面法对中心组合试验数据进行了处理,建立了目标值与各影响因素之间的回归模型,优化了往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数。试验结果表明,平均切割速度和切割倾角对棉花秸秆单位直径最大切割力和单位面积切割功的影响显著(P0.01),切割速比影响不显著(P0.05),但切割速比对棉秆切割截面的质量具有重要影响;当切割速比为1.25和1.5时棉秆一次切断率为85%,比切割速比为1、1.75和2时高出10%~15%,割茬高度比切割速比为1、1.75和2时低10~30 mm;利用往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数的最佳组合是:平均切割速度为0.9 m/s、切割倾角为12.7°、切割速比在1.25~1.5之间,该条件下的棉秆切割性能目标值的平均实测值与预测值的误差均小于7%,表明棉花秸秆往复式双支撑切割器工作参数的优化结果可靠。该研究为高效、低耗的棉花秸秆切割收获机械装备及其切割器的研制和使用提供参考。     

4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机的研制及试验

针对中国田间育种机械化程度低、缺乏小区育种作业装备的现状,结合国内小区稻麦种植模式和农艺要求,研制出了4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机。对机器整体设计方案进行了描述,并对气力辅助割台装置、脱粒装置、清选装置、气力输送装置等进行了设计,确定其关键参数。该装备采用静液压轮行走装置和全喂入收获方式,可一次完成育种小区稻麦的分禾、扶禾、切割、喂入、脱粒、清选、清种、份量装袋等工序。样机田间小区收获试验表明,该样机作业性能稳定,生产率39.4小区（4.7 m×2.7 m）/h、脱净率99.97%、含杂率1.46%、破碎率0.04%、损失率1%、小区时隔50.94s、混种率0,各项性能指标均达到或超过了设计指标和相关标准。