盘刀式铡草机粉碎物料运动过程分析与试验

为了探究盘刀式铡草机粉碎物料的抛送运动规律,该研究在综合考虑抛送装置与前端装置的参数匹配及气流对物料的影响下,将物料抛送运动过程分为7个阶段,通过分析物料在各个阶段的运动及受力情况,建立了物料从切碎到与叶片碰撞、物料沿抛送叶片运动、沿抛送直管和弯管运动以及物料被抛出出料口后的动力学模型。以动力学模型为基础,建立了数值计算模型。根据实测的铡草机与物料相关数据,确定了仿真模型参数,以物料的抛送距离为评价指标,分析了主轴转速和叶片倾角对抛送性能的影响。研究结果表明,在试验范围内,抛送距离随着主轴转速的增大而近似线性增大;随着叶片倾角的增大,抛送距离呈先增大后减小的趋势,且后倾叶片的抛送距离大于前倾叶片,后倾叶片更有利于物料运动。抛送距离试验得到的结果与理论仿真结果一致,最大相对误差为6.6%,验证了动力学模型的合理性。动力学模型的建立为进一步优化抛送装置结构和运动参数及其与前端装置的匹配提供理论指导。     

基于Mixture模型的叶片式抛送装置内气固两相流模拟

为了揭示叶片式抛送装置抛送物料时内部气流和物料复杂的流动特性以优化设计和指导运用,应用计算流体力学软件Fluent中的Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,对抛送装置内气固两相流动进行了数值模拟,并将计算结果与抛送装置内物料运动的高速摄像试验结果进行了比较,物料速度的模拟值和高速摄像实测值基本吻合。在分析了物料运动规律基础上,对其叶片数、进料速度以及物料体积浓度的不同变化作了对比模拟。研究结果表明：数值模型可预测叶片式抛送装置的输送性能以及最佳喂入量;4叶片较3和5叶片更有利于抛送;进料速度对物料在叶轮区的体积分布规律影响较大,在最佳喂入量范围内,进料速度越大,出口处物料浓度越大,抛离速度也越大,装置输送性能越好;超过此范围时,随进料速度增大,进料口处物料浓度增大而出口处物料浓度减小,装置极易堵塞;进料口物料体积浓度的变化只影响抛送叶轮内以及圆形外壳出口区域的物料体积浓度,而对其物料速度分布规律及速度大小影响不大。该研究可为叶片式抛送装置工作参数优化提供参考。     

叶片式秸秆抛送装置功耗分析与参数优化

为了降低叶片式抛送装置功耗、提高抛送效率,该文采用理论分析与试验研究相结合的方法建立了考虑气流影响的、适合各种叶片倾角的叶片式抛送装置功耗数学模型,并利用虚拟样机进行优化,以抛送功耗最小为目标函数,对抛送装置结构参数、运动参数进行参数化分析.结果表明,叶轮外径700 mm、转速650~2000 r/min时,采用径向叶片、转速为650 r/min时比功耗最小.通过参数化分析得到不同工况时叶片式抛送装置结构参数与运动参数的最佳配置,为实际叶片式抛送装置的设计生产提供较精确的理论依据,并对节能降耗有着重要的现实意义.     

油菜高速直播机开畦沟装置刀组优化与试验

针对长江中下游现有油菜机驱动型开畦沟装置高速（≥10 km/h）作业存在功耗较大、沟形不稳定的现实问题,该研究设计了一种刀体低阻触土面近似为螺旋桨叶面的类螺桨式开畦沟装置。基于运动学、动力学设计了由4组刀盘组成的类螺桨式刀组,确定了影响其作业功耗、作业质量的关键参数范围。基于EDEM软件开展了刀片刃型、螺距角及弯折角的单因素试验,结果表明：后磨刃耕阻最小,螺距角增大使刀片耕阻先减小后增大、抛土性能下降,弯折角增大使整体耕阻减小、抛土性能下降;1～4号刀盘的刃角结构为后磨刃,螺距角分别为7°、5°、4°、3°,折弯角分别为120°、120°、90°、90°时阻力较小,抛土性能较好。以螺距角、作业速度和刀盘转速为因子的Box-Behnken仿真试验,采用遗传算法对功耗和抛土性能进行多目标优化,结果表明：作业速度、刀盘转速、螺距角增大均使功耗上升,其中作业速度影响最大;作业速度降低、刀盘转速增高均使抛土效率提高;优化后1～4号刀盘对应的的螺距角分别为6.7°、4.7°、3.5°、2.5°;作业速度6、9、12 km/h时刀盘较优转速分别为540、620、810 r/min,优化刀组作业功耗低...     

秸秆抛送装置外壳振动辐射噪声数值模拟与试验验证

针对目前秸秆抛送装置抛送叶轮扰动空气及物料引发噪声的原因尚不清楚,为了在秸秆揉碎机设计阶段估算其抛送装置的振动辐射噪声,首先采用计算流体力学CFD方法对秸秆抛送装置内部的气-固非定常流场做了整场瞬态数值模拟,将作用在外壳表面的气流和物料脉动压力加载给抛送装置外壳模型,并采用有限元方法对外壳进行了模态分析及动力响应分析,实现了从气-固两相流体到结构的单向耦合;将抛送装置外壳振动响应作为声学边界条件,利用LMS VirtualLab的间接边界元Indirect Boundary Element Method声振耦合模块计算了非定常流动引起的外壳振动辐射噪声,并进行了试验验证.数值计算与实测声压级变化趋势相同;辐射噪声最大的基频100 Hz处个别测点仿真声压级较实测值高2.28 dB(A),其余测点的仿真与试验值相差不到1.5 dB(A),结果表明理论分析和数值仿真的可靠性.基于上述方法,比较分析了外壳壁厚对振动辐射噪声的影响.研究结果表明:对应确定的激励频率,存在较合理的外壳壁厚尺寸组合.叶轮转速为1 500 r/min时,较优壁厚为圆形外壳前后侧板壁厚4mm,其余壁厚为3mm的尺寸组合,声功率级为78.07 dB(A),满足饲草揉碎机噪声限值90dB(A)的国家标准要求.该研究可为秸秆揉碎机及叶片式抛送装置低噪声设计研究提供参考.     

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。     

抛送辊式百合收获机的设计与试验

为了解决黏重土壤条件下百合收获时果土分离效果差、埋果率高、破碎率高的问题,设计了一种适合黏重土壤条件下作业的抛送辊式百合收获机。结合百合生长状况以及种植农艺要求,对果土混合物在振动输送装置、抛送辊组上的运动过程及分离作业机理进行分析,构建了黏重土块在抛送辊上抛掷碎土、碰撞碎土的动力学模型,通过分析得到了振动输送装置结构及最大摆动角度、抛送辊组级数、抛送辊轮齿数、抛送辊轮直径及轮廓尺寸等参数。根据设计结果搭建了样机并进行了作业参数的多因素试验,以果土分离机构前进速度、抛送辊转速、挖掘深度为试验因素,百合埋果率、破碎率为试验指标,运用Box-Benhnken试验方法,建立因素与试验指标的回归方程,并得到因素对百合收获指标的影响规律。当试验取最优参数组合为果土分离机构前进速度为0.6 m/s,抛送辊转速为90 r/min、挖掘深度为170 mm时,百合埋果率、百合破碎率的田间试验值分别为6.3%和7.1%。机具各项性能符合设计要求,该研究成果可为百合机械化收获技术及装备研究提供参考。     

葡萄分层旋抛式清土起藤机高效旋抛刀设计与试验

针对我国西北地区酿酒葡萄清土作业单层旋抛清土方法效率低,凭经验设计,缺乏与土壤颗粒群相互作用的研究等问题,对分层旋抛式清土起藤机旋抛刀与土壤相互作用进行研究。首先,根据中国西北地区酿酒葡萄种植的农艺及清土的农艺要求,完成分层旋抛刀的设计,然后对旋抛式清土起藤机的运动进行理论分析,确定影响旋抛刀功耗和抛送距离的主要因素,并通过EDEM-Recurdyn耦合仿真,以不同焊接角度的旋抛刀、旋抛刀转速及整机的前进速度为试验因素,以清土率、旋抛刀扭矩以及抛送距离的影响为评价指标,分析土壤离散颗粒群与旋抛刀之间的相互作用,得到最优参数组合,进一步基于台架试验对仿真试验进行验证。结果表明当旋抛刀焊接角度为30°,刀具转速为270 r/min,前进速度为0.5 m/s时,剩余土壤质量最少为159.32 kg,旋抛刀平均扭矩为13.09 N·m,土壤抛送距离集中在1.52～1.75 m之间,与仿真结果一致,研究结果可为后续研制分层旋抛式清土起藤机提供理论依据及技术参考。     

4ZTL-1800收获机惯性沉降分离室工作机理（简报）

为了进一步弄清4ZTL-1800气吸式割前摘脱稻(麦)联合收获机惯性沉降分离室的工作情况,该文利用高速摄像技术,对分离室内物料运动状态进行试验和分析研究,并做了定量分析,揭示了籽粒沉降和轻物料初清的运动规律.研究结果为进一步提高惯性沉降分离室的工作效率提供了理论依据.     

基于钵苗运动动力学模型的鸭嘴式移栽机结构优化

为了探究鸭嘴式移栽机因栽植速度提升,导致钵苗倒伏率和漏栽率升高的根本原因,该文试制了纯透明有机玻璃质的鸭嘴式栽植器,并采用高速摄像对钵苗从导苗筒下落至栽植器底部的运动过程进行了试验研究。根据研究结果将钵苗在鸭嘴栽植器内的运动过程分为6个运动阶段,并建立了各运动阶段的动力学模型,得到了钵苗下落过程中与鸭嘴栽植器间的运动受力方程。选取苗龄为40 d,基质成分为草炭:蛭石:珍珠岩=3∶1∶2,钵苗土钵含水率为55%的辣椒钵苗为研究分析及试验对象,以钵苗栽植运动时间为优化目标,对钵苗运动过程动力学模型进行优化,得出了栽植器最佳初始位置及结构参数为:钵苗下落初始位置为(40 mm,350 mm),鸭嘴栽植器上苗杯壁面与竖直面间的夹角为40°,栽植器鸭嘴部分倾角为82°;栽植机构最高转速不超过80 r/min,栽植器初始相位角为25°。通过高速摄像试验对钵苗在改进后栽植器中的运动时间进行了分析,得出钵苗从开始下落至离开栽植器的时间与理论时间基本吻合,且在栽植器运动至栽植位置前钵苗已落至栽植器底部,验证了理论模型的正确性以及参数优化的合理性。该研究可为鸭嘴式移栽机高速栽植转速和结构设计提供参考。     

基于DEM-MBD的油茶林分层切抛式开沟刀组研制

针对油茶种植林地土壤粘重板结环境下因刀片剧烈冲击导致开沟效果不理想、功率消耗较大和机具振动的问题,该研究设计了一种油茶林分层切抛式开沟刀组。根据油茶开沟施肥的农艺要求,分析土壤与切土刀片间的相互作用、建立土壤颗粒在抛土刀面上的动力学微分方程,得到影响刀组切抛性能的关键因素为偏心系数、最大工作半径r₁处滑切角、安装角和刀轴转速。通过EDEM-RecurDyn耦合仿真,以作业功耗与沟深稳定性系数为评价指标进行单因素及二次正交旋转组合试验,基于NSGA-Ⅲ算法对构建的二阶多项式响应面模型进行循环逼近优化,确定最优参数组合为：偏心系数1.3、最大工作半径r₁处滑切角64.7°、安装角55.1°、刀轴转速301 r/min,与对照组单一外层切土刀和正装抛土刀的组合方式相比,最优参数组合下分层切抛式开沟刀组的扭矩波动降低率为21.53%。田间试验结果表明,最优参数刀组下仿真与田间试验的作业功耗、沟深稳定性系数相对误差分别为10.25%和4.55%,验证了耦合仿真模型的准确性;田间试验的作业功耗与沟深稳定性系数分别为25.96 kW和88.31%,比功耗和现有的果园开沟刀组相比降低了8.31%,沟深稳定性系数满足国家相关标准的技术要求,研究结果可为油茶林开沟刀组的设计和优化提供理论支撑与参考。     

秸秆抛送装置抛送叶轮的振动特性分析

针对叶片式秸秆抛送装置工作时的振动、噪声以及叶片疲劳断裂等问题,为减少共振的发生,利用有限元分析软件ABAQUS对抛送叶轮的自由模态与预应力模态进行了数值计算,其中预应力模态采用单向流固耦合方法对流场和叶轮结构响应进行求解,获得了该系统的前12阶模态频率以及振型,并利用扫描式激光测振仪对抛送叶轮进行了模态试验,验证了理论分析和数值计算的准确性。在分析了系统外部激振频率特点的基础上,对影响叶轮振动特性的结构参数进行了对比模拟。研究结果表明:预应力使叶轮的1和2阶频率提高幅度较大,对振型没有影响;叶片数对模态频率和振型影响最大,叶轮是否加筋对频率的影响其次,叶片厚度对低阶频率影响最小;三叶片叶轮最不易发生共振,四叶片次之,五叶片最易发生共振;叶片厚度为4 mm时最不易发生共振,5 mm时次之,6 mm时最易发生共振;叶轮加筋可以改善其动态性能,不易发生共振。该研究可为叶片式抛送装置结构振动特性的描述及动态性能的优化提供参考。     

变幅轮腿机器人智能越障步态规划与平稳性分析

为了实现机器人林区伐根的智能越障,保证机器人搭载扫描设备时的越障平稳性,该文设计了一种主动摆臂六轮腿式机器人结构,它具备2个独立的摆臂轮腿运动单元以及4个复合的摆臂轮腿运动单元。该文运用拉格朗日方程建立了机身智能越障过程中的摆臂轮腿动力学模型,采用最小二乘法拟合推杆的速度函数,通过ADAMS动态仿真以及样机试验,得到该变幅轮腿机器人在智能越障10 cm高度的过程中,机身的最大侧倾角与纵倾角较被动碰撞越障的右倾4.5°和前倾2.5°减小到左倾0.75°和前倾0.4°,验证了智能越障理论建模的正确性以及该系统的可靠性。该研究为该机器人在人工林区扫描作业的平稳越障提供了理论基础。     

叶轮切割形式对中比转数离心泵性能的影响

为了研究叶轮和叶片2种切割方法下不同切割角度对离心泵外特性的影响,采用FLUENT软件模拟了中比转数泵叶轮切割后的内部流动,并预测了相应的外特性;考虑切割角度、切割量和比转速的影响,对现有切割公式进行了修正。外特性预测结果表明,在相同切割量下,切割叶轮后的扬程降低量明显大于切割叶片后的扬程降低量;切割角度在0～10°范围内,正向斜切的效率高于正切和反向斜切;切割叶轮时的轴功率明显小于切割叶片时的轴功率;切割角度在10°～10°范围内,斜切的轴功率均低于正切的轴功率。内部流场分析表明,在相同切割量下,随着叶轮切割角度的增大,正向斜切明显减弱了正切时的涡流现象。无论正切还是斜切,切割叶片的效果优于切割叶轮。研究结果可为中比转数离心泵的叶轮切割提供参考。     

基于不等扬程的离心式长轴泵的优化设计与试验

为使离心式长轴泵能够在不同工况下高效运行,该文以500GJC-32.3×3型离心式长轴泵为例,对其进行优化,首先根据传统方法估算离心式长轴泵叶轮参数,通过正交方法对离心式长轴泵叶轮进行优化设计,对正交试验结果进行极差分析,得到了叶轮几何参数对离心式长轴泵扬程和效率影响的主次顺序。综合考虑各参数对离心式长轴泵性能的影响,选取重要因素,基于不等扬程设计理论,采用控制变量法对叶轮进行多方案优化设计,对比不同方案计算结果可知:基于不等扬程理论优化设计的叶轮具有较好的水力性能,选择合适的后盖板无穷叶片数理论扬程系数,可使叶轮水力性能趋于最佳。对于该型离心式长轴泵,当后盖板无穷叶片数理论扬程系数取1.1时可获得较优的水力性能,对比较优方案的试验与计算结果可知:二者变化趋势相同,扬程、效率、轴功率的最大误差分别为4.02%、5.58%、3.59%,在(0.8~1.2)倍设计流量工况下,扬程、效率、轴功率的误差小。同时由试验可知:该型离心式长轴泵在设计流量时扬程大于97 m,效率高于82%,最高效率点出现在1.1倍设计工况附近为83.22%,曲线具有较宽的高效区和无过载特性,能够满足设计要求,在丰水期和枯水期均能高效稳定的运行,同时可降低电机的配套功率,减少一次成本投入。因此,该文的研究结果对离心式长轴的优化设计有较好的参考价值。