1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机的设计与试验

为提高水田筑埂作业质量与效率,减轻作业劳动强度,结合东北地区水稻种植农艺要求,研究设计了1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机。阐述分析了机具整体设计方案与工作原理,对其关键部件偏牵引悬挂仿形调节系统、旋耕筑埂深度可调式传动总成、旋耕集土刀辊总成和镇压筑埂圆盘总成进行了理论分析与结构设计。为获得修筑埂机最佳工作参数组合,以机具前进速度和旋耕工作转速为试验因素,田埂平均坚实度和高度变异系数为试验指标,进行了多因素二次通用旋转组合台架试验,运用Design-Expert 6.0.10软件建立因素与指标间数学模型,采用多目标参数优化确定机具最佳作业状态。试验结果表明,当机具前进速度为1.33 km/h,旋耕工作转速为525 r/min时,筑埂作业性能最优,满足旋耕集土及镇压筑埂要求,其所筑田埂平均坚实度为2 160 k Pa,高度变异系数为4.01%。田间试验表明,该机具作业性能稳定,所筑田埂质量良好,各项指标均满足筑埂作业要求。该研究为水田机械化筑埂机具的创新研发与优化提供理论支撑和技术参考。     

振动横挡阻隔式旋耕防粘结刀辊设计与试验

针对长江中下游水旱轮作区旋耕刀辊作业时土壤粘附严重问题,导致作业质量差、效率低,该研究设计了一种能够实现刀辊内部固有部件防粘与横挡部件脱附的振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊。对振动横挡作用下土壤受力状态及激振装置结构进行分析,确定激振装置结构参数范围;通过对防粘刀辊结构与旋耕刀抛土运动学与动力学分析,设计防粘刀辊结构参数,得到土壤-旋耕刀分离运动学要求,明确影响防粘刀辊脱附性能关键因素为旋耕切土节距、刀辊转速、横挡回转半径。结合离散元仿真以单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为防粘刀辊脱附性能评价指标进行Box-Behnken试验,确定最优参数组合为旋耕切土节距6.3 cm,刀辊转速260 r/min,横挡回转半径140 mm,此时单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为127.89。在最优参数组合条件下对激振装置进行优化设计,通过MATLAB分析横挡在激振装置驱动下的运动特性,确定了激振装置结构参数。为验证振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊的适用性和减粘脱附性能,在最优参数组合下进行田间试验。多田块性能试验与旋耕对比试验结果表明：该刀辊适用于小麦机械化种床整备作业,所设计旋耕防粘刀辊土壤粘附量远小于常用旋耕刀辊,耕深稳定性系数、厢面平整度、碎土率、粘附量、轴向分布均匀度和秸秆埋覆率的均值分别为92.02%、15.21 mm、81.81%、2.63kg、10.99%和92.27%,均满足国家标准与农艺要求。研究结果可为长江中下游水旱轮作区旋耕机减粘脱附设计提供理论基础与技术支持。     

基于立式辊机构的青毛豆脱荚装置力学分析与试验

为深入研究青毛豆作物荚-柄脱离分离特性,寻求影响分离效果因素的最优组合,设计了立式辊结构青毛豆分离试验装置。该试验装置由脱荚辊、输送机构、角度调节机构、间距调节机构、传动调速电机、脱荚调速电机等组成,采用电机驱动,链传动输送喂料,角度调节机构、间距调节机构、调速电机完成对脱荚角度、辊间距、辊转速无级调节。该文基于青毛豆受碰后产生冲击力克服青毛豆荚-柄连接力实现分离的原理,通过能量守恒原理建立了分离过程的碰撞能量模型,构建了荚-柄分离力学模型,基于此方程进行了定量分析,确定脱荚辊转速、喂料速度、辊间距为主要影响因素,并针对"萧农秋艳"、"豆通六号"品种开展试验研究。结果表明:作物品种对脱荚率与破损率影响较小,影响综合指标的主次因素排列顺序为:脱荚辊转速喂料速度辊间距,最优参数组合为脱荚辊转速600 r/min,辊间距18 mm,喂料速度0.3 m/s,此时脱荚率为99.0%,破损率为2.4%,综合性能明显改善。该文研究结果可为青毛豆收获装置的设计提供参考。     

稻秆圆捆机辊盘式卷捆机构的设计及参数优化

为消除中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆时出现的堵塞现象及降低其卷捆功耗,设计了一种钢辊与侧圆盘组合式卷捆机构(简称辊盘式卷捆机构),并以此为基础自制了辊盘式卷捆机构试验装置且进行试验。选择影响辊盘式卷捆机构卷捆性能的主要因素:圆盘直径、钢辊转速、喂入量、长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)为试验因素,以草捆形成率(草捆顺利形成次数与总试验次数的比值)和卷捆功耗为评价指标进行四因素五水平正交旋转组合试验。试验表明各因素影响草捆形成率的主次顺序为圆盘直径喂入量钢辊转速长宽比;影响卷捆功耗的主次顺序为喂入量钢辊0.75100%62.7 kJ/,此时草捆形成率为,卷捆功耗为捆,相比钢辊式圆捆机无堵塞现象发生,卷捆功耗降低。研究结果可为辊盘式圆捆机的结构及作业参数优化提供参考依据。     

联合整地机匀土旋平刀辊设计与试验

为解决联合整地机破茬翻埋作业后地表平整度低、土壤分布不均匀的问题，该研究设计了分段反螺旋式匀土旋平刀辊，提出田口法结合离散元仿真的刀辊参数设计思路。首先定性分析并确定了影响刀辊轴向运土和抛土的关键因素及水平；然后以作业后地表平整度为优化目标，以沙壤土和黏壤土为噪声因子，利用田口法设计试验并进行离散元仿真，得出适应不同土壤类型的最优参数组合为：刀轴转速300 r/min、螺旋升角70°、旋耕刀型号IT245、刀轴直径80 mm、刀座间距62 mm、旋耕刀双螺旋排布，此时地表平整度仿真值为14.2 mm。以最优参数组合制造样机并进行田间验证试验，作业后地表平整度为11.6 mm、土壤分布均匀度为92.6%、耕深稳定性系数为93.2%、破土率为86.4%，优于小麦种植对耕整地的要求，所设计的刀辊有效。研究结果可为联合整地机刀辊设计提供参考。     

基于旋耕覆土的冬小麦基肥分层定深施用装置设计

针对中国黄淮海地区冬小麦主产区基肥的无序、过量施用和利用率低等问题,该文在基肥分层施用农艺研究基础上,基于旋耕机覆土原理,提出了土壤后覆盖方式下的冬小麦基肥精准分层定深投送方法,并设计了冬小麦基肥分层定深施用装置,该装置可一次完成旋耕、分层施肥和镇压作业。其中旋耕机构配备变速齿轮传动箱,可以进行高、中、低3种转速之间的转换,选用国标IT245型号旋耕刀,在刀辊上按对称螺旋线布置;肥料分层投送机构配深层和浅层排肥管,用于深层和浅层肥料的投送作业。在北京小汤山精准农业示范基地进行了装置的田间作业性能试验,结果显示:装置在120、150和180 mm的3种耕深作业工况下,耕深最大误差为5 mm,耕深稳定性系数最小为93.84%,满足旋耕机构的作业性能技术要求;设置浅层和深层肥料的目标施用深度分别为80和150 mm,实际肥料施用深度稳定性系数分别为92.38%和95.11%、合格率分别为83.33%和90%,满足旋耕施肥装置的作业性能指标要求。该研究可以为冬小麦基肥的机械化精准分层定深施用技术提供装备支撑。     

玉米花生间作播种施肥一体机研制与试验

针对玉米花生间作播种经济效益高但缺少一体化作业机械装备的现实问题,采用农机农艺融合的研究方法,开发了1种1次作业可以实现旋耕筑垄、混土施肥、玉米花生间作播种和对行覆土镇压等功能的玉米花生间作播种施肥一体机,并对影响垄台筑建、沟床平整的旋耕装置和最小结构尺寸的平行四杆机构进行了设计;采用正交试验方法探究了旋耕刀轴转速、耕深和仿形机构拉杆长度对花生垄台高度和播深一致的影响规律,结果表明:在旋耕刀轴转速为260r/min,耕深15cm及仿形机构拉杆长度为24cm时,即可为玉米花生间作创造良好的播种环境,且花生播深合格率达91.1%,玉米播深合格率达90.1%,其他参数完全符合相关农艺标准,为该农艺技术的推广应用提供可供选择的机械化装备.     

步行式甘薯碎蔓还田机的设计与试验

为缓解中国丘陵坡地小田块甘薯碎蔓机械短缺问题,研究设计了步行式甘薯碎蔓还田机.该文在分析整机结构的基础上具体阐述了甘薯碎蔓还田机工作原理,阐明了碎蔓装置、刀座防磨损设计、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计.甘薯秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率是评价甘薯碎蔓还田机的主要指标,该文在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对甘薯碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,以刀辊转速、离地间隙、刀片间距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,对影响因素进行了综合优化.试验结果表明:粉碎合格率影响显著顺序为刀辊转速＞离地间隙＞刀片间距;留茬高度影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;伤薯率影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;田间试验结果表明:最优工作参数组合为刀辊转速为1 950 r/min、离地间隙为25 mm、刀片间隙为40 mm,此时秧蔓粉碎合格率为94.88％、留茬高度为47.08 mm、伤薯率为0.23％,与理论优化值对比误差小于5％.研究结果可为步行式甘薯碎蔓还田机的结构完善和作业参数优化提供参考.     

双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验

针对现有耕作试验台难以满足双轴耕作部件测试的需求、室内测试重塑土难以反映作业现场真实环境的问题,设计了一种集前轴正转抛土、后轴反转碎土功能于一体的双轴旋耕碎土田间移动式试验台,可实现前后刀轴相对位置及转速比的实时调整。阐述了整机工作原理,分析了前后刀轴相对位置的调节范围、碎土刀轴位置调节机构结构参数、旋耕刀轴调速装置的运动参数,计算并选型了碎土刀轴调速系统、功耗测试系统中液压及电气元件。为提高分层耕作质量同时降低作业能耗,以前期研究的双轴起垄机的双轴旋耕碎土关键部件为研究对象,开展了分层旋碎的田间试验,并采用中心组合试验设计方法,以两轴水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速为影响因素,以双刀辊作业平均功耗、表层5 cm土层的碎土率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和平均功耗、碎土率之间的回归模型,分析各因素对平均功耗、碎土率的显著性,同时对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对平均功耗影响由大到小依次为水平间距、碎土刀轴转速、垂直间距;各因素对碎土率影响由大到小依次为水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速;最优工作参数组合为水平间距为570mm、垂直间距为96mm、碎土刀轴转速为340r/min,对应的平均功耗为17.92 kW、碎土率为91.65%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。试验表明,所设计的双轴旋转耕作部件性能测试试验台设计合理,能够满足多因素多水平的测试需求,为双轴旋转型耕作部件的优化设计提供了新的测试手段。     

1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验

为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950k Pa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式前进速度刀辊转速开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150 r/min,前进速度为0.06 m/s,开沟深度为0.15 m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22 kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。     

压秆式棉田地膜回收机的设计与试验

针对棉秆回收需求和现有滚筒式地膜捡拾机构可靠性差、缠膜严重、回收地膜含膜率低等问题，该研究设计了一种压秆式棉田地膜回收机，可一次性完成拾膜、脱膜以及除杂作业。结合相关作业性能要求，通过运动学和动力学分析确定了束秆盒、拾膜滚筒和脱膜机构的结构参数，并完成了关键部件的工作参数分析。为验证机具捡拾除杂作业性能，以机具前进速度、钩齿入土深度、拾膜滚筒转速为试验因素，拾膜率、含膜率为试验指标，进行了三因素三水平响应面试验，得到各因素的响应面模型，分析了各因素对作业效果的影响，并对各因素进行优化。试验结果表明，当拾膜滚筒转速为65 r/min，机具前进速度为5 km/h，钩齿入土深度为50 mm时作业效果最佳，以优化后的结果进行验证试验，结果表明，平均拾膜率为86.8 %，平均含膜率为14.9 %，研究结果可为后续留秆收膜机具的设计提供参考。     

水旱两用秸秆还田组合刀辊作业性能试验

为了检测水旱两用秸秆还田组合刀辊的田间作业质量和功率,采用无线遥测技术,利用动力输出轴一体化扭矩传感器,对安装组合刀辊的耕整机进行了田间作业质量和作业功耗优化参数性能测试试验,并与传统旋耕刀辊、螺旋刀辊进行田间作业质量及功耗对比试验。田间试验结果表明:组合刀辊性能检测试验中,水田和旱地植被埋覆率分别为94.3%和96.5%,耕深分别为20.8和20.3 cm,耕深稳定性分别为92.3%和90.6%,耕后地表平整度分别为0.9和1.2 cm,功率消耗分别为27.6和31.2 k W,均达到了设计目标;与其他刀辊对比试验中,组合刀辊作业质量优于螺旋刀辊和传统旋耕刀,作业功耗稍高。该研究可为实现水田和旱地高茬秸秆埋覆还田和土壤耕整提供参考。     

水旱两用秸秆还田耕整机关键部件设计与试验

为增加土壤的有机质含量,改善土壤的团粒结构,同时有效缓解秸秆焚烧难题,针对长江中下游地区麦-稻、油-稻等水旱作物交替种植的特点,设计了一种水旱两用型秸秆还田耕整刀辊。阐述了新刀辊的结构和工作原理,分析并确定了关键部件的结构参数,重点对传统旋耕刀的布置及其破茬理论进行了详细的分析。田间试验结果表明:水旱两用型秸秆还田耕整刀辊旋耕一遍即可实现水田和旱地秸秆埋覆、旋耕碎土、平整地表等多项功能,水田和旱地耕深分别为181.6~200.4和151.2~173.8 mm,耕深稳定性分别为92.4%~94.8%和92.4%~93.4%,耕后地表平整度均小于12 mm,植被埋覆率分别为96.3%~96.4%和90.6%~97%,碎土率为87.3%~89.6%和64.5%~90.2%,作业效果满足水稻播栽对耕整地的农艺要求。     

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。     

钉齿滚筒式播前残膜回收装置设计与试验

针对播前土壤中残膜破坏土壤结构、严重影响作物发芽率及成活率、降低作物产量等问题,该文设计了一种与联合整地机配套使用的钉齿式播前残膜回收装置,可一次性完成捡膜、脱膜、集膜和卸膜作业。重点设计了装置的捡膜机构、脱膜机构,并对钉齿运动轨迹,脱膜条件进行理论分析与计算。为寻求装置结构与工作参数的最优组合,运用二次回归正交旋转组合试验,以机具前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速为影响因素,以捡膜率、脱膜率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和捡膜率、脱膜率之间的回归模型,分析各因素对捡膜率、脱膜率影响的显著性。结果表明:各因素对捡拾率的影响由大到小依次为:前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速;对脱膜率的影响由大到小依次为:脱膜轴转速、捡膜滚筒转速、前进速度。运用MATLAB软件对试验参数进行优化,确定了装置最优工作参数组合为:机具前进速度1.62 m/s,捡膜滚筒转速90 r/min,脱膜轴转速1055 r/min。对优化结果进行试验验证,结果显示捡膜率为70.56%,脱膜率为82.96%,试验结果和预测值相差较小,优化工作参数较可靠。     

环模秸秆成型机压辊半径的优选与试验

生物质致密成型技术是生物质能转换的方式之一,秸秆成型机是生物质秸秆致密成型的主要机械。目前,环模秸秆成型机的机械效率较低,在研究环模秸秆成型机机械效率的过程中发现草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值与成型机的机械效率成正比关系。该文通过matlab软件计算出在不同压辊半径与环模半径比值时环模秸秆成型机的草料一次压进距离与压辊驱动力转矩比值,并绘制了其变化曲线,得出在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,成型机的机械效率达到最高,为85.82%。验证了在压辊半径与环模半径的最优比为0.4时,生产率达到最高值为2.28t/h。研究结果可为秸秆成型机压辊半径的优化选取提供理论依据。     

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。     

梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机研制

为了解决耕层残膜污染问题，该研究设计了一种梳齿起膜气力脱膜式耕层残膜回收机。该机主要由机架、梳齿、梳齿辊、重力沉降室、离心风机组成。梳齿辊是该回收机的核心机构，其辊筒上布置有多排梳齿，通过梳齿辊的旋转实现松土和残膜-土壤分离；利用EDEM离散元软件建立梳齿辊模型，仿真研究了梳齿排列方式和梳齿结构对梳齿辊入土过程中前进阻力和阻力矩的影响，确定了齿刀螺旋排列方式。吸膜机构的作用是实现残膜的连续回收及膜土分离。建立了残膜在吸膜区的运动学方程，通过对方程分析求解，探明了梳齿辊转速和吸膜口风速对残膜运动轨迹的影响，确定梳齿辊转速应小于120 r/min，吸膜口风速应大于15 m/s。为了获得回收机的最佳作业参数组合，进行了土槽响应曲面优化试验，得出最佳参数组合：吸膜口与竖直面之间的角度为-7°、机具前进速度为2 km/h、梳齿辊转速为100 r/min、吸膜口风速为22 m/s。田间试验结果表明：最佳参数组合作业时，残膜拾净率为55.04%，比预测值小1.63%，优化方法可靠。     

高茬秸秆还田耕整机功耗检测系统设计与试验

为检测高茬秸秆还田耕整机田间作业功耗,根据功耗检测原理,采用LabVIEW软件,并结合NI数据采集卡、动态扭矩传感器和电感式接近开关等组成的硬件平台,设计了功耗检测系统。标定试验表明,该系统所检测的0~2 000 N·m范围内扭矩:最大绝对误差为5.367 N·m,此时相对误差为0.27%;所检测的转速:最大绝对误差为0.261 r/min,此时相对误差为0.073%。以耕深、刀辊转速、机组前进速度为影响因子设计了田间正交试验,结果表明:影响高茬秸秆还田耕整机作业功率消耗的首要因素为耕深,其次为机组前进速度,刀辊转速对功率消耗的影响较小;在满足耕整质量的前提下,同时考虑耕整机作业效率,其较优作业参数为:刀辊转速330 r/min,耕深185 mm,机组前进速度3.36 km/h,其平均作业功耗为52.52 kW,秸秆埋覆率达到96.2%。研究结果为高茬秸秆还田耕整机的节能降耗、动力合理匹配和结构优化设计等工作提供参考依据。