胶棒滚筒棉花采摘头采收性能试验

为缩短胶棒滚筒采棉机设计周期,提高胶棒滚筒采棉机作业质量,借助胶棒滚筒综合性能试验台,以滚筒转速、采摘行走速度和滚筒胶棒轴向间距为影响因子,以采净率、撞落棉损失率、含杂率为采摘性能指标,进行二次正交旋转组合试验,应用Design-Expert8.0.6软件,建立了影响因子与性能指标的回归模型,分析了各因子对性能指标的影响。采用多目标优化,确定最佳参数组合为：滚筒转速450 r/min,行走速度2.4 km/h,胶棒轴向间距44 mm。根据优化参数组合,重复验证试验结果为：采净率95.78%,撞落棉损失率0.89%,含杂率17.44%,与优化结果基本吻合。田间试验表明,4FS-3胶棒滚筒采棉机采净率为95.29%,撞落棉损失率为0.97%,含杂率为17.11%,主要性能指标达到国家采棉机作业性能指标要求。该研究为采摘头关键部件设计及工作参数改进提供参考,有效提高了采收效率和作业质量,对推动采棉机国产化和促进新疆棉花产业健康发展有一定意义。     

胶棒滚筒棉花采摘头的设计与试验

为确定胶棒滚筒棉花采摘头运动参数对新疆机采棉种植模式下的棉花采摘质量的影响,该文阐述了胶棒滚筒棉花采摘头的工作原理及其关键部件、总体结构。基于运动学分析,建立了采摘速比K值与采棉工艺速度、采摘工作角、滚筒转速之间的相应的函数关系,分析了其对棉花采摘性能影响规律。田间试验表明,当采棉机作业速度0.83 m/s,滚筒转速在450 r/min时,棉花采净率达95%以上,含杂率小于15%,落地棉小于2%,达到了棉花收获机械作业的技术要求。     

田间作业条件下摘锭耐磨性能及棉花采净率的试验研究

为了探究田间作业条件下摘锭的耐磨性能与棉花采净率,该研究将未钝化摘锭和钝化摘锭安装到采棉机不同采摘头上,在作业面积达到0、150、300、450、600 hm2时,获取2种摘锭样本并进行切割制样,分析钩齿磨损形貌,提取钩齿磨损面积及镀层厚度,同时测定2种摘锭的采净率。结果表明：未钝化摘锭的钩齿前齿尖易折断,钝化摘锭的钩齿镀层剥落晚于未钝化摘锭。在相同作业面积下,钝化摘锭的钩齿磨损面积更小,在测试位置的镀层厚度更高;当作业面积达到600 hm2时,未钝化摘锭的钩齿平均磨损面积达到2.9×105 μm2,约为钝化摘锭的2.6倍;未钝化摘锭1号、2号钩齿及钝化摘锭1号钩齿测试位置镀层剥落,钝化摘锭具有更加优异的耐磨性能。对照2种全新摘锭的采净率,钝化摘锭的采净比未钝化摘锭低0.2个百分点;当作业面积达到约200 hm2时,2种摘锭的采净率相差不大;当作业面积超过200 hm2时,钝化摘锭的采净率大于未钝化摘锭;当作业面积为450 hm2时,未钝化摘锭和钝化摘锭采净率均达到最大值,分别约为96.4 %和96.7 %;当作业面积为600 hm2时,钝化摘锭的采净比未钝化摘锭高0.5个百分点,钝化摘锭具有更加优异的采摘性能。该研究成果对于采棉机摘锭钩齿的结构优化与修形具有重要意义。     

采棉机摘锭采摘过程的动力学分析

针对采棉机采棉头核心部件摘锭易磨损、易折断的工程实际问题,根据采摘系统的结构特点和振动特性,建立该系统单自由度干摩擦振动模型,考查摘锭在摩擦力作用下的动力学响应,分析了系统运动中存在的黏滑振动,并通过摘锭速度及结构参数的变化揭示了摘锭在工作过程中实际动力学特性,同时探讨了呈现出的动力学行为对摘锭磨损的影响,并提出抑制摘锭磨损的建议。该文的理论分析与数值结果为采棉机摘锭的结构设计及优化提供参考。     

采棉机摘锭磨损失效分析

新疆是中国棉花主产区,机械化收获程度相对较高.采棉机是高端农机装备,摘锭是其核心零部件在采摘过程中与棉纤维、硬质棉秆接触摩擦导致表面涂层磨损,降低田间采净率及摘锭使用寿命,故其性能好坏直接影响采棉机的运行效率和机采棉品质.该文建立了采棉机摘锭的实体模型,通过有限元方法分析摘锭在脱棉过程中应力与应变的分布规律,旨在揭示摘锭失效的力学机制.数值结果表明表面涂层磨损是作用在钩齿表面上的摩擦力合力在采摘过程中不断撕裂涂层引起、摘锭断裂是扭转变形所致及锥齿轮磨损归因于过载后产生的塑形变形造成.并基于扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测失效摘锭的微观结构形貌进行验证,结果表明该有限元分析结果与实际情形基本吻合.     

芦苇笋采收机研制

针对芦苇笋采摘无机械化采摘设备,人工采摘劳动强度大,作业环境泥泞,湿地行驶通过性和稳定性要求高等问题,该研究设计了一种自走式芦苇笋采收机。该机包括采摘装置、升举机构、收集装置、履带自行走底盘等部分,可实现满足农艺要求的芦苇笋自动化采摘和收集作业。整机由柴油机驱动,传动系统分为机械传动部分和液压传动部分,机械传动部分提供整机行走和收集纵向输送动力,液压传动部分提供采摘装置动力调整、横向收集调速和升举机构升降。首先,根据芦苇笋采摘掰扯受力特点设计了同步带牵引拖曳采摘装置,其俯仰角度0°～60°可调,前端最大离地高度600 mm,采收宽度876 mm;同时,根据通过性能和作业要求,采摘装置加装变幅升举机构,离地最大升举高度200 mm;之后,根据芦苇笋的生物特性设计了芦苇笋输送收集装置,纵向输送装置皮带速度为0.5 m/s,横向收集装置皮带速度为1m/s;最后,基于各个模块分布和传动关系,设计了履带自行走底盘,配套动力13.3kW。通过对整机动力和行驶性能进行分析计算,确定满负载动力需求,获得整机横、纵向极限倾角及横向滑移角。采摘试验表明,采摘机作业效果良好,采摘效率为71kg/h,损伤率为8%,漏采率7.6%;整机行驶性能稳定,行驶速度范围为0～9 km/h,采摘装置前端离地高度调节范围为0～638mm,可适应地势采摘芦苇笋;整机极限纵向俯角、仰角和横向倾翻角分别为50°、63°和45°,纵向极限滑移角和横向极限滑移角分别为42°和38°,湖区作业通过性和稳定性强。试验结果对自走式芦苇笋采收机的结构优化和智能化升级提供了可靠的技术支撑。     

统收式采棉机载籽棉预处理装置的优化试验

为寻求统收式采棉机载籽棉预处理装置结构与工作参数的最优组合,对其进行了参数优化试验。采用正交试验以及Box-Behnken响应面试验方法,以行进速度、辊筒线速度、排杂间距为影响因素,以籽棉含杂率、清杂损失率为评价指标,对影响该机采收性能的结构与工作参数进行优化试验研究。结果表明:当行进速度为1.3 km/h,辊筒线速度为9.83 m/s,排杂间距为13.23 mm时,优化后籽棉含杂率5.56%,清杂损失率0.84%。棉花纤维检测显示,机采籽棉纤维各项指标等级与手采棉持平,满足生产需求,验证了该装置的合理性与实用性。该研究可为机载籽棉预处理装置的进一步发展提供理论依据,同时为统收式采棉机的推广与发展奠定基础。     

电磁处理提升采棉机摘锭力学性能和耐磨性

棉花机械化收获程度逐年提高,新疆生产建设兵团部分团场已实现100%机械化采收,整体达到85%以上。摘锭是采棉机的核心部件,其表面耐磨性能直接决定了采棉机的作业效率和机采棉品质,因此进一步提高摘锭表面耐磨性一直是重点关注的科学和技术问题。本文在不改变采棉机摘锭结构的基础上,基于电磁处理技术对市场化凯斯摘锭(Case)、迪尔摘锭(Deere)和国产摘锭(Yeer)进行电磁强化处理,并对3类摘锭电磁处理前后的力学性能进行实验室对比分析。摘锭电磁处理后试验结果表明:凯斯和国产摘锭残余应力下降60%,迪尔摘锭下降50%;凯斯、迪尔和国产摘锭涂层弹性模量与硬度的比值(E/H)都小于处理前的21,分别为18、17和20;电磁处理后凯斯和国产摘锭的磨痕宽度下降较迪尔显著,且随着载荷增大磨痕宽度下降趋势也随之增大,但仍是凯斯和国产摘锭下降较迪尔明显。相比较迪尔和国产摘锭,凯斯摘锭经电磁处理后力学性能提升效果最为显著,建议对凯斯摘锭电磁处理后进行田间耐磨性试验验证与评价。     

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。     

梳夹式红花丝采摘头等高采收性能试验与参数优化

为验证梳夹式红花丝采摘头设计理论参数的合理性及提升其工作性能,以新疆广泛种植红花品种"裕民无刺"为试验对象,以梳齿长度、梳齿间隙、梳齿转速为影响因素,采净率、掉落率、破碎率为响应指标,进行二次旋转正交试验。通过数据优化软件Design-Expert 8.6.0建立了响应指标与影响因素之间的数学模型,基于响应面法进行参数优化,得出最佳组合参数。以优化参数组合梳齿长度40 mm,梳齿间隙3.5 mm,梳齿转速为80 r/min,在梳夹式红花丝采摘头性能试验台上进行验证试验,其结果为:采净率为82%,掉落率2.29%,破碎率2.45%,基本与优化结果吻合。在该优化参数组合下的田间试验结果显示,梳夹式红花采摘装置采净率为81.88%,掉落率2.25%,破碎率2.43%,表明梳夹式红花丝采摘头可以较好的完成对一定高度下红花丝的采摘作业。该研究为梳夹式红花丝采摘机的改进提供了参考价值,对推动红花丝机械化盲采具有一定的意义。     

半喂入式花生摘果试验装置的设计与试验

为适应花生分段收获和摘果的需要,通过对中国花生生产机械化现状和摘果方式的调查研究,设计了一种半喂入式花乍摘果试验装置.对摘果试验装置的结构和工作原理进行了分析,重点研究了花生摘果试验装置的喂入、输送和摘果等装置的优化配置,以探索新的工作原理和新的结构设计.进行了半喂入式花生摘果试验装置参数优选试验,求得摘果滚筒转速、夹持输送速度和摘果滚筒直径与摘果指标的关系,得出了影响花生摘果指标的主次因素和各因素的显著性水平,各参数的最优组合为摘果滚筒转速270 r/min,夹持输送速度11.3 m/min,摘果滚筒直径160mm.该研究对半喂入式花生摘果机的设计具有实际指导意义,同时为今后花生摘果机械的研制提供理论依据与科学指导.     

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。     

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。     

刷辊式采棉机的改进设计与试验

为提高刷辊式采棉机作业质量,满足轧花厂对统收式采棉机采获籽棉的进厂要求,该文在已有4MZ-3B型刷辊式采棉机工作时存在问题基础上优化刷辊工作参数并增加与刷辊配套使用的回流结构提升了采净率,降低了落地损失率、挂枝棉率、漏采率;改进挑棉辊形式,避免该部件因缠绕造成棉桃分离气力输送管道入口堵塞的现象,降低整机故障率;将棉桃分离气力输棉管道由气吹式改进为气吸式,提高棉桃回收率;将气棉分离装置由网孔式改进为切线导流式,解决了棉桃分离气力输棉管道与机载预处理装置过渡问题,在排出气流的同时保证物料运动顺畅;将机载预处理装置由"一清一回收"式改进为"一清二回收"式,降低籽棉含杂率及清杂损失率。设计改进及优化后形成4MZ-3C型刷辊式采棉机,并进行对比试验。与4MZ-3B型刷辊式采棉机相比,采净率提高了3.42%、落地损失率降低了0.85%、挂枝棉率降低了0.89%、漏采率降低了1.05%、棉桃回收率提升了74.57%、清杂损失率降低了0.63%、籽棉含杂率降低了3.71%。将4MZ-3C型刷辊式采棉机各项指标均优于采棉机作业标准,在获取高采净率的同时,保证籽棉的低含杂率,可充分满足中国棉花生产机械化需求。     

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。     

4MZ-2（3）型自走式采棉机主传动系技术方案分析与确定

根据采棉机主传动方式的要求，通过对发动机外特性、液压传动系统中变量泵和定量马达的调节性能特性的分析，针对国产自走式采棉机的主传动系的3种传动方案的优缺点进行分析比较，确定了国产自走式采棉机主传动系方案，该方案实现了在不同速度范围内的无级变速；并已用于自走式采棉机的生产中。