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。     

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。     

4YZT-2型自走式鲜食玉米对行收获机设计与试验

为解决国内鲜食玉米收获机械化程度低,玉米种植户劳动强度大的问题,该文设计了适应中国鲜食玉米小地块种植规模的收获机。由于鲜食玉米特殊的采摘条件,该机摒弃了传统摘穗模式,通过斜辊掰穗,完成鲜食玉米自上而下的掰穗过程,以降低对玉米果穗作用力,使果穗从茎秆上分离下来,实现了对脆嫩玉米的收获要求。为验证机器性能的可靠性、实用性,进行了田间试验,以摘穗台高度40～55 cm、拉茎带转速450～600 r/min、掰穗辊间隙25～34 mm作为试验因素对喂入姿态成功率和果穗损伤率进行三因素四水平二次回归正交试验;采用极差分析和方差分析对各因素的影响显著性进行判断,得出各因素对喂入姿态成功率和果穗损伤率的影响显著性顺序分别为:夹持拉茎带转速摘穗台高度掰穗辊间隙和夹持拉茎带转速掰穗辊间隙摘穗台高度。各试验因素最优化参数组合为摘穗台高度47.5 cm,夹持拉茎带转速525 r/min,掰穗辊间隙29.5 mm,在该组合下茎秆喂入成功率为81%,果穗损伤率为5.4%。将对应参数进行试验验证,得到优化后最佳工作参数下:茎秆喂入成功率为83%,果穗损伤率为4.7%,优化预测模型可靠。该研究可为玉米收获机械化提供技术路线,其摘穗方式可为其他类型的玉米收获机研发提供参考。     

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。     

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。     

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。     

玉米梳齿摘穗单体机构设计与试验

针对现有玉米收获机摘穗机构行距固定,难以实现按需调整以适应各类行距的问题,设计了一种玉米梳齿摘穗单体机构。该机构主要由梳齿滚筒、梳齿杆、梳齿杆安装座及传动轴等组成。相邻两梳齿杆的间隙小于玉米果穗大端的直径且大于玉米茎秆的直径,利用冲力将玉米果穗强制摘下。初步试验表明,玉米梳齿摘穗单体机构能够可靠地完成玉米摘穗作业。在玉米籽粒含水率为35.5%,玉米梳齿摘穗单体机构转速为110~170 r/min时,工作状况较好,籽粒破碎率的范围为0.14%~0.48%,落地籽粒损失率范围为0.03%~0.17%。正交试验结果表明,当转速为110 r/min,梳齿杆圆弧半径为240 mm,梳齿传动轴位于果穗大端下方100 mm时工作情况较好,籽粒破碎率为0.09%,落地籽粒损失率为0.04%,果穗损失率为1.96%。     

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。     

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。     

玉米留高茬切割器的设计及留茬效果试验

为了配合玉米留高茬行间互作的保护性耕作模式,该文从现有的两行卧辊式玉米收获机出发,研制与其配合的、适合留高茬(且留茬高度可调)保护性耕作模式的秸秆切割器,并进行了秸秆切断率、刀盘离地高度与玉米秸秆留茬高度平均值的分析试验。试验结果表明:随着刀盘离地高度的增加,秸秆的切断率上升,其切断率的平均值从90.16%增加到95.43%;在0~15°的范围内,随着刀盘与地面之间夹角的增加,秸秆切断率上升,其切断率的平均值从90.17%增加到95.42%;在刀盘与地面之间夹角一定的情况下,秸秆留茬高度平均值随刀盘离地高度的升高而升高,秸秆留茬高度平均从307增加到363 mm,并且越来越接近刀盘离地高度值。在刀盘离地高度一定的情况下,秸秆留茬高度平均值随刀盘与地面之间夹角的增大而增大,其留茬高度的平均值从329增加到341 mm,并且越来越高于刀盘的实际离地高度。该文设计的适用于卧辊式玉米收获机的切割器能够满足留高茬保护性耕作模式的需要;对于东北地区玉米留高茬保护性耕作模式的推广具有示范和带动作用。     

玉米秸秆成型燃料单锅灶的设计与试验(简报)

为了解决农村日益紧张的能源问题和秸秆焚烧问题,根据目前农村的主要生活炊事习惯和玉米秸秆成型燃料的燃烧特性,研制了玉米秸秆成型燃料单锅灶。试验结果表明：该灶达到了国家的相关标准,燃烧比较稳定,利用清洁,有效的利用了玉米秸秆,对于解决玉米秸秆焚烧的问题和改善居民炊事条件具有重要的意义。     

自走式穗茎兼收型玉米联合收获机的设计与试验

为了解决玉米茎秆回收利用，提出立式摘穗茎秆切碎单元体结构，设计了玉米收获、茎秆切碎、根茬破碎于一体的玉米收获工艺，并用于4YQZ-3自走式穗茎兼收型玉米联合收获机，通过生产试验和检测证明，符合国家相关标准规定。为解决玉米穗茎兼收关键技术提供了技术方案和应用实例。     

人工喂入式鲜食甜玉米籽粒切脱机的研制

该文介绍了一种采用在玉米籽粒根部切削方式将甜玉米果穗上的籽粒与玉米芯分离的机械设备的设计。该设备在籽粒切脱过程中刀片与玉米籽粒根部（玉米芯外缘）成弹性浮动接触，可随玉米果穗直径的不同而做自动调整，保证刀片刃部始终贴近玉米籽粒根部切削。特点是效率高、切粒质量好，适应甜玉米籽粒含水率在58%～75％范围内，既适合甜玉米籽粒切脱、也适合糯玉米籽粒切脱。满足了中国鲜食甜玉米深加工的需求。该设备采用刀片高速转动、玉米果穗直线运动旋划切削技术。经过对该设备设计、试制、试验结果表明，完全适合甜玉米切脱籽粒。     

4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机的设计

为提高玉米茎秆青贮作业效率、减少作业环节和人工消耗,在现有玉米收获和茎秆青贮机械化技术的基础上,对相应工作单元进行了改进设计和优化组合,开发了4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机。它主要由穗茎兼收割台、碎茎秆抛送器、打捆装置、喂料与送绳控制系统等组成,能够同时完成玉米果穗的收获,茎秆收集、切碎、输送、打捆等多项作业,实现了功能集成和运动相位的准确耦合。穗茎兼收割台采用纵向切刀,切碎并抛送茎秆,利用二级搅龙输运碎茎秆,结构简单;喂料与送绳控制系统采用机电一体化技术,可完成对打捆装置喂料与送绳过程的自动控制。试验表明：该收获机工作安全可靠,茎秆切碎、破节及打捆效果理想,能够满足玉米茎秆青贮工艺的要求。     

玉米秸秆深还剂量对土壤水分的影响

针对目前秸秆浅旋和直接翻压还田存在的问题,设计了秸秆机械化集中深还田试验,为探讨秸秆集中还田后不同时期的土壤水分分布状况,对不同部位的土壤水分进行了周年监测,结果显示:秸秆集中的部位与玉米播种部位隔开适宜的距离,秸秆还田形成的大孔隙将不会影响玉米的正常生长,秸秆还田的第一年,秸秆处于强吸水阶段,秸秆集中部位的土壤含水量随秸秆剂量的加大而降低、秸秆深还第二年,秸秆仍处于吸水状态,其趋势与第一年类似,但降低的幅度比第一年小;随着秸秆腐解,土壤与秸秆之间的含水量趋近于平衡,其蓄水与供水功能逐渐显现。秸秆深还后土壤水分运动始终处于饱和状态,因此应根据土壤与秸秆的水分状况实施机械化深还,以使秸秆与土壤的水分尽快融合,真正达到保水保肥的目的。     

玉米秸秆与污泥的腐解物对盐碱地化学指标的影响

为探索发酵后的玉米秸秆对内蒙古地区盐碱化土壤化学性质(有机质、ESP,pH值、EC、土壤代换性Na~+)的影响,在实验室条件下以污泥作为接种物,将玉米秸秆在不同发酵的条件下以不同梯度的秸秆还田量施加到盐碱化土壤中,以施加未发酵的玉米秸秆为对照。结果显示:(1)施加玉米秸秆对土壤的部分化学性质有着一定的改善,且发酵后的玉米秸秆比未发酵的玉米秸秆效果要好;(2)当玉米秸秆与污泥的配比为2∶1且秸秆还田量为75%时,土壤的有机质含量上升幅度最大,土壤的ESP、pH值、土壤代换性Na~+降低幅度最大;(3)施加玉米秸秆对土壤的EC作用不明显,反而使EC的含量有所上升,施用发酵后的玉米秸秆尤为明显。综合考虑,在本试验条件下针对该土壤最佳参数为:玉米秸秆与污泥配比为2∶1,发酵后的玉米秸秆还田量为75%。     

水稻秸秆和玉米秸秆在好气和厌氧条件下的腐解规律

采用室内模拟培养的方法,研究了水稻秸秆和玉米秸秆在好气和厌氧条件下的腐解规律。结果表明:在0~3个月的培养时间内,水稻秸秆和玉米秸秆腐解较快,腐解率达55%以上。在好气培养条件下,水稻秸秆和玉米秸秆质量减少50%所需要的时间(t_(1/2))分别为59.2 d和52.9 d,而在厌氧培养条件下的t_(1/2)分别为72.6 d和79.9 d。水稻秸秆和玉米秸秆在好气培养条件下的碳释放速率常数k(0.61~0.6月~(-1))高于其在厌氧培养条件下的碳释放速率常数k(0.55~0.57月~(-1))。水稻秸秆和玉米秸秆在好气培养条件下的氮释放速率常数k(0.25~2.36月~(-1))也高于其在厌氧培养条件下的氮释放速率常数k(0.16~2.32月~(-1))。水稻秸秆和玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量在好气培养条件下的减少速率高于其在厌氧培养条件下的减少速率。综上所述,好气培养条件有利于作物秸秆降解和营养物质的释放。     

培肥和耕作措施季节性干旱下对红壤剖面水分变化和产量的影响

为了探讨培肥和耕作措施下红壤旱地的土壤剖面水分变化和产量对季节性干旱的响应规律,本研究在大田试验条件下系统分析了稻草覆盖、有机肥和常免耕对土壤剖面含水量、表层土壤温度及作物产量变化趋势。结果表明,在猪粪施用、常耕和免耕处理的土壤含水率不存在显著差异。而在相同耕作和猪粪条件下,稻草覆盖与否对土壤含水量影响较大,在春玉米和秋玉米季中连续干旱条件下,稻草覆盖处理下0—5,5—10,10—20 cm土壤含水量均高于不覆盖处理,稻草覆盖处理下0—5,5—10,10—20 cm土壤含水量均高于不覆盖处理,春玉米季的增幅分别为27.93%,5.91%,1.41%,秋玉米季分别为15.74%,7.71%,2.59%。同时,稻草覆盖可以显著影响表层土壤的温度变化,在春玉米开花期,0—10 cm和10—20 cm的土壤温度覆盖比不覆盖分别降低了13.92%和2.26%。在秋玉米开花期0—10 cm和10—20 cm的土壤温度覆盖比不覆盖分别降低了0.30%和2.69%。在所有处理中,春玉米和秋玉米季均表现出稻草覆盖+施猪粪+常耕的秸秆和籽粒产量最高。     

玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢工艺优化

该文主要以粒度小于0.088 mm秸秆粉的酶解上清液为底物与热预处理后的活性污泥进行厌氧发酵产氢试验,以累积产氢量为考察指标,基于响应面Box-Behnken模型研究不同影响因素对玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢的影响,对玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢工艺进行优化。结果表明:温度、初始p H值和还原糖浓度三因素中,温度和还原糖浓度对玉米秸秆酶解上清液厌氧发酵产氢的影响最大。采用Box-Behnken模型获得的最佳产氢条件为:温度38.32℃,初始p H值4.93,还原糖浓度20.70 mg/m L,最大产氢量685.59 m L,此时最大产氢率为57.13 m L/g(玉米秸秆)。通过试验验证,实际最大产氢量为659.24 m L,产氢率为54.94 m L/g(玉米秸秆),与模型预测值相比,相对误差为3.84%,说明该模型具有较好的拟合性。该优化工艺可为后期连续流状态下的生物制氢系统提供参考。