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。     

仿生手掰穗玉米收获装置结构及运行参数优化

针对板式摘穗含杂率高,辊式摘穗果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文提出了一种仿生掰穗手式玉米收获机构。通过对该机构及关键部件的理论分析,确定整机结构参数,掰穗手数目1~3个、掰穗手速度0.95~2.85 m/s、夹持导轨行进速度0.83~1.67 m/s;利用搭建的仿生掰穗手式玉米收获台架试验装置,以掰穗手数目、掰穗手速度、夹持导轨行进速度作为试验因素对籽粒损失进行三因素三水平二次回归正交试验;通过Design-Expert 8.0.6数据分析软件,建立各因素与指标的响应面数学模型,分析了各因素与评价指标之间的关系,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对籽粒损失率均有显著影响(P0.05),影响主次顺序为掰穗手速度掰穗手数目夹持导轨行进速度;得到各试验因素最优参数组合为掰穗手数目2个,掰穗手速度2.15 m/s,夹持导轨行进速度1.14 m/s,对应的籽粒损失率为0.031%。根据该试验参数组合,进行台架试验验证,可以得到籽粒损失率为0.04%,评价指标与理论优化值的相对误差仅为0.009%,远低于国家标准(2%),优化预测模型可靠。该研究实现了玉米果穗的低损收获,验证了模仿人工掰穗的可能性,为低损伤玉米收获的研发提供了参考。     

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。     

玉米摘穗收获机械损伤影响因素分析

针对辊式玉米收获机收获损失大、籽粒损伤高的问题,该文通过理论分析与台架试验相结合的方法对摘穗过程中玉米损伤的影响因素及趋势进行了分析,建立了摘穗时果穗受力的数学模型并分析了各作用力随摘穗辊间隙、果穗直径的变化规律及其对收获损失和籽粒损伤的影响:随着摘穗辊间隙和果穗直径增大,摘穗辊凸棱对果穗的作用力、果穗受到摘穗辊的摩擦力以及果穗大端籽粒所受竖直方向的作用力都呈增大趋势,果穗损伤增加;果穗长度超过175 mm时,随果穗长度增加籽粒损伤明显增大,但果穗长度对籽粒损失无显著影响;摘穗辊转速在650~850 r/min变化时,果穗损伤率和籽粒损失随转速增加呈现先减小后增大的趋势;利用高速摄像技术对果穗的运动分析发现:果穗竖直方向运动速度对果穗损伤无明显影响,但果穗与摘穗辊接触时间越长,越容易对果穗造成损伤。该文通过对机械摘穗损伤机理的分析明确了影响摘穗损伤的主要因素,可为玉米摘穗装置的优化设计提供参考。     

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。     

卧辊式摘穗机构摘穗辊高度差对玉米籽粒损失的影响

针对卧辊式摘穗装置存在的玉米籽粒损失严重、含杂率高等问题,该文通过理论分析和台架试验相结合的方法对摘穗过程中两辊高度差对玉米损伤的影响及趋势进行了分析。单因素试验和方差分析表明,θ(两辊轴线垂直的平面内,两辊中心连线与水平面的夹角用θ表示)对玉米籽粒损失率有显著的影响(P0.05)。θ在24°~30°范围内,玉米平均籽粒损失率呈现明显的下降趋势,θ在30°时玉米平均籽粒损失率最小,3次试验的平均籽粒损失为0.242%~0.483%;θ在33°、36°时,籽粒损失率较小,且相差不大。利用高速摄像技术对摘穗过程分析发现,θ较小时,果穗滞留摘穗辊和"弹跳"现象是造成果穗二次损伤的主要原因;θ较大时,玉米植株喂入困难,玉米秸秆弯曲严重甚至折断。为此,提出了在低位辊上安装弧形隔板的优化方案,试验验证表明,果穗通过弧形隔板滚动出摘穗区域,避免了低位辊对果穗的损伤,有效降低了玉米果穗的啃伤和籽粒损失率。该研究为卧辊式玉米摘穗装置的优化改进提供了参考。     

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。     

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。     

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%。     

不同玉米果穗位姿与含水率对穗柄断裂特性的影响

为解决现有摘穗机构功耗大、苞叶残留多的问题,该文以手工摘穗为研究模本,提炼出基于果穗位姿变化的穗柄受力断裂模型。以4种不同含水率的收获期玉米为试验材料,以果穗偏转角度为因素,进行了2组穗柄拉伸断裂随机区组试验。结果表明,随着果穗偏转角度增大,穗柄拉断力、断裂拉伸量及苞叶残留率会在一临界角度产生突变;当籽粒含水率分别为34.8%、30.2%、25.1%和20.3%时,该临界角度分别为50°～55°、50°～55°、45°～50°和45°～50°;穗柄偏转达到临界角度后,玉米穗柄拉断力分别降低了80%、86%、84%和80%,断裂拉伸量增加了72%、70%、93%和84%,苞叶去除率增加了41%、34%、32%和36%;结果表明,对茎秆施加拉力时对果穗施加横向载荷,使果穗发生大于临界角度的偏转,可实现低耗摘穗;分析发现,穗柄断裂行为突变的诱因是表层纤维的受力由拉应力变为弯曲正应力,导致裂纹的萌生和扩展机理发生变化。该研究可为新型摘穗机构的设计提供理论依据和数据支撑。     

玉米收获机拨禾导向装置技术参数的试验研究

针对玉米收获过程拨禾导向装置存在推倒植株而产生果穗漏摘严重的问题,从农机运用角度,分析了玉米收获的对行方式和拨指作用位置对植株推倒率的影响,结果表明,3行自走式玉米收获机采用中间对行结合提高拨指作用位置的收获方式,可以有效减少植株的推倒率,降低果穗的漏摘损失。对于摘辊间距为68?cm的收获机,在收获种植行距为55?cm的玉米时,采用中间对行收获可将边际行偏差由原来的26?cm降低到13?cm,进一步将拨指高度提高到40～45?cm时,可将植株推倒率降低到1%。     

玉米低损籽粒直收机自动控制系统设计与试验

针对玉米籽粒直收机收获过程中无法自主调整工作参数,导致极端作业条件下收获后籽粒破碎率偏高的问题,该研究以降低籽粒破碎率为目标,设计了一种玉米籽粒直收低损收获自动控制系统。以4LZ-8型玉米籽粒直收机为研究对象,建立了脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度控制模型,并基于收获参数对籽粒破碎率的回归模型,设计了低损收获自动控制策略。此外,针对传统PID控制系统存在的响应时滞、超调量大、精度差的问题,设计了基于改进粒子群算法的自动控制系统,利用非线性惯性权重递减算法融合布谷鸟算法的随机游走策略,不断更新粒子群的速度和位置,并对改进粒子群算法进行了性能测试,结果表明该算法有效改善了标准粒子群算法容易陷入局部最优值的问题。对低损收获自动控制系统进行的仿真对比试验和田间验证试验结果表明,改进粒子群算法对脱粒滚筒转速、凹板间隙和行车速度具有较好的控制精度、响应速度和稳定性,超调量和超调时间较小,当脱粒滚筒转速为380 r/min、凹板间隙为42 mm、行车速度为2.5 km/h时,自动控制系统在3 s以内调整籽粒直收机作业参数,将籽粒破碎率最终稳定在3.80%左右,满足标准要求。研究成果可为其他作物生产机...