莲子物料空气动力学特性与壳仁分离装置试验

为获得莲子物料的空气动力学特性,研究合适的莲子分选工艺参数,该文针对莲子剥壳后混合物料的风力分选技术进行研究。首先,对混合物料各组分的空气动力学特性进行理论分析与试验,得出莲仁、莲壳、碎仁的悬浮速度变化范围分别为11.230~14.680、2.511~4.891、6.505~7.865 m/s,合适的壳仁分离气流速度范围为7.865~11.230 m/s,修正了莲子物料的形状系数。然后,设计制造了莲子负压壳仁分离装置,通过试验确定了装置的优化分离工艺参数为:入料管倾斜角60°,分离通道倾斜角35°,分离通道气流速度7.881 m/s,入料管长度220 mm,进料量6颗/次,开展检测试验,结果表明清选率达98.283%。研究结果可为莲子壳仁分离设备研发提供理论依据。     

多联辊刀式莲子剥壳机的结构与工作原理

为了实现高效低耗损机械化莲子剥壳,针对壳莲物理及结构特性,设计了一种基于辊刀切割原理的莲子剥壳机。辊刀式莲子剥壳机采用供送螺杆对壳莲进行分粒供送并使莲子按照一致的位形排序上料,采用由双托辊和剥壳辊构成的剥壳通道实现莲子剥壳,为适应不同品种、不同粒度壳莲的剥壳,在剥壳机设计中采用了集总式调节机构以实现对主要切割参数即切割压力、切割深度、螺旋辊刀空间斜置和偏置角度的调节。通过基于物理样机的剥壳试验,多联辊刀式莲子剥壳机的处理量大于100kg/h,剥壳率大于90%,仁壳分离率达92%,籽仁破损率小于3%。分析和试验结果表明,多联辊刀式莲子剥壳机设计新颖,性能稳定,工作可靠,调节维护方便快捷,能够满足莲子机械化剥壳的实用性需求。     

轧辊-轧板式银杏脱壳机的优化设计与试验（简报）

为解决轧辊-轧板挤压式银杏脱壳机破壳率低、破壳混合物不易分离的问题,改进了轧板结构,设计了撞击缓冲板,并采用了筛分、风扬相结合进行仁、壳分离,对影响脱壳效果的参数组合进行了四因素两水平正交试验.当轧辊材料选45#钢,轧板.轧辊间隙10 mm,轧辊转速1000 r/min时,将分级后的银杏置于50℃红外干燥箱内干燥4 h后进行脱壳分离试验,脱壳率较改进前提高了近9%,可达到70%;破碎率降低至小于12%,壳中含仁率和仁中含壳率分别为10%和8%,取得较好的脱壳效果.     

籽棉清理漏斗形重杂分离器的参数优化与试验

为提高重杂分离器的分离效率,该文以MQZH-10型漏斗形重杂分离器为研究对象,基于计算流体力学软件对其速度流场、籽棉和杂质轨迹进行模拟分析,设计了四因素五水平二次正交旋转试验,研究了入口风速、导流板倾斜角、补风口风速、可调挡板倾角4个因素对落棉率、铁钉去除率、石子去除率和铃壳去除率的影响,建立了二次回归数学模型。通过建立的数学模型分析了4因素对各指标的影响,利用多目标非线性优化方法确定了漏斗形重杂分离器的最佳工艺参数组合,即入口风速为21 m/s,导流板倾角为44°,补风口风速为2 m/s,可调挡板倾角为45°。此时,落棉率为0.48%、铁钉去除率为96.59%、石子去除率为85.96%,铃壳去除率为31.57%。通过该文给出的最优参数组合,来设置漏斗形重杂分离器的参数,减少了分离器参数设置的盲目性,提高了重杂分离效率。     

夹持式鲜菱角脱壳机设计与试验

针对鲜菱角手工脱壳率低、菱仁损伤率高等问题,该研究以湖北省浠水县两角菱为对象,设计了一种夹持式鲜菱角脱壳机。对鲜菱角外形尺寸和力学性能参数进行了测量,确定采用夹持板与链条夹持输送、圆形齿刀横切菱角两侧弯角、对辊挤压碾搓脱壳的技术方案。对夹持板、弹性压紧装置、横切刀片和脱壳装置等主要部件结构进行设计和分析,确定了结构和运动参数。运用ANSYS Explicit Dynamics模块对横切过程进行仿真,根据理论分析和仿真结果试制了脱壳样机,开展了横切试验和脱壳试验。横切试验表明,成熟度、输送速度和刀片转速均对切壳率影响显著（P<0.05）,对菱仁损失率影响不显著（P>0.05）。运用Design Expert 12优化得横切装置最优工作参数为：脆熟菱角、输送速度0.1 m/s、刀片转速1 000 r/min,该参数下的平均切壳率为79.41%,平均菱仁损失率为9.82%。采用Box-Benhnken试验设计开展三因素二次回归正交组合试验,优化得到脱壳装置最优工作参数为：脆熟菱角、慢辊转速59 r/min,线速比1.5,验证试验的平均脱壳率为66.52%,平均菱仁破损率为12.83%。研究结果可为鲜菱角脱壳装备的研发提供参考。     

巴旦木物料壳仁风选装置试验及参数优化

为了研究巴旦木壳仁物料的空气动力学特性,确定较优的壳仁风选参数,提高清选率。该研究采用理论计算与试验相结合的方式对巴旦木物料的空气动力学特性进行研究,根据悬浮速度研究结果设计巴旦木壳仁风选装置并对破壳后的巴旦木壳仁混合物料进行风选试验,基于响应面法优化求解得出风选装置较优参数组合。巴旦木壳仁混合物料的空气动力学特性试验结果表明,大壳、中壳、小壳和仁的悬浮速度变化范围分别为：9.92～11.03 m/s、8.86～9.66 m/s、8.27～8.85 m/s、13.10～13.96 m/s,控制气流速度在8.27～11.03 m/s范围内可较好地分离壳和仁。风选装置流场仿真分析结果表明,风选装置筛面风速分布呈中心高、四周低的特点。巴旦木壳仁风选试验结果表明,风选装置工作参数对清选率的影响从大到小排序为：筛体振动频率、清选风机转速、波纹筛倾角、风选装置喂入量、离心风机转速,结合壳仁风选试验与软件优化求解得出清选率较高的较优参数组合为：风选装置喂入量6 kg/min、清选风机转速1 160 r/min、筛体振动频率为47 Hz、波纹筛倾角3°、离心风机转速1 275 r/min,采用优化参数组合进行验证试验,清选率达99.144%。研究结果可为巴旦木壳仁风选设备研发与优化提供理论依据。     

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。     

振动上吸式破壳油菜籽分选机性能试验

为优化破壳油菜籽分选机有关参数,以提高其分选性能。利用研制的振动上吸式破壳油菜籽分选机进行了三因素五水平的二次正交旋转回归试验,研究了喂入量、前风道风速和后风道风速对壳中含仁率和仁中含壳率的影响。结果表明影响壳中含仁率和仁中含壳率的因素主次顺序为：前风道风速、喂入量、后风道风速;较优参数：喂入量为650～750 kg/h、前风道风速为1.5 m/s、后风道风速为5.14 m/s。研究结果为破壳油菜籽分选机设计与性能改进提供基础资料。     

微灌旋流网式一体化水砂分离器试验

现有研究以及关注的过滤设备多集中于低含砂水水源,对于缺水地区以高含砂水为水源进行微灌的研究较少,该文提出一种新型微灌用网式一体化水砂分离器,并与常规水砂分离器进行试验对比分析,旨在解决以高含沙水为水源进行微灌的堵塞问题。该文在试验对比的基础上,分别计算网式一体化水砂分离器和常规水砂分离器的主要性能参数,包括溢流参数(溢流流量和溢流浓度)、底流参数(底流流量、底流浓度、底流分流比)以及分级分离参数(分离效率和分级效率)。结果表明,网式一体化水砂分离器和常规水砂分离器的溢流流量和底流流量均与进口压力呈正相关关系,而底流分流比与进口压力呈负相关关系;在进口压力为0.26~0.34 MPa时,网式一体化水砂分离器的分割粒度为20.0~25.0μm,分离极限为83.5~89.0μm,分离精度为0.40~0.43;而常规水砂分离器的分割粒度为24.5~27.5μm,分离极限为86.0~95.0μm,分离精度为0.27~0.42。如果以分离效率80%为评价指标,在进口压力为0.26~0.34 MPa时,常规水砂分离器的平均分离粒径为65μm,而网式一体化水砂分离器的平均分离粒径为45μm。研究可为高含砂水微灌用新型过滤器提供了试验方法、试验参数和理论依据。     

稻麦联合收获机分段式脱粒装置设计与优化

针对纵轴流联合收获机在收获稻麦时出现的脱粒不彻底、分离不完全等问题,该研究设计了一种分段式纵轴流脱粒分离装置。该装置主要由锥形脱粒滚筒、脱粒强度可调式凹板筛、360°分离式凹板筛、作业参数电控调节系统等构成。通过单因素试验,分别获得了脱粒强度可调式凹板筛的开关板针对小麦和水稻脱粒的最佳开关状态。为寻求装置作业参数对脱粒效果的影响规律及最优参数组合,进行了多目标优化试验。以滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、凹板筛分离间隙及喂入量作为影响因素,以破碎率、损失率、脱出物含杂率为试验指标,建立了破碎率、损失率、脱出物含杂率的数学模型。试验结果表明:各因素对破碎率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、凹板筛脱粒间隙、导流板角度、喂入量、凹板筛分离间隙;对脱出物含杂率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙;对损失率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙。通过多目标参数优化分析,确定装置进行小麦脱粒的最优作业参数组合为脱粒滚筒转速905 r/min、导流板角度69°、凹板筛脱粒间隙18 mm、凹板筛分离间隙19 mm、喂入量4 kg/s。在该参数组合条件下进行了田间验证试验,结果表明,与常规纵轴流脱粒装置相比,整机作业破碎率由1.46%降为1.00%,含杂率由1.85%降为1.43%,损失率由1.72%降为1.20%,各指标实测值与模型优化值的相对误差均小于5%,满足国家相关标准要求。该装置有效解决了破碎率高、脱粒不干净、分离不彻底的问题,研究结果可为纵轴流联合收获机脱粒装置的结构改进和作业参数优化提供参考和依据。     

立锥式小区花生脱壳机气吸清选装置研制

在花生育种栽培和植保等科研实践中，需要进行大量的小区试验，每个试验小区花生均需进行独立收获、脱壳和清选。由于没有相应的小区花生脱壳与清选设备，仅人工作业效率低下且容易出现"混杂"问题。为此该研究在已研制的立锥式小区花生脱壳机及脱壳装置基础上，设计了三通道横流气吸清选装置。通过试验获得了花生脱壳后物料主要成分的漂浮速度和空气动力因数，分析了花生脱出物在水平横吸气流场中的受力和运动轨迹分析，并据此进行清选装置关键部件结构、参数设计和样机研制。以四粒红花生为试验对象，进行了花生脱壳与清选装置性能试验。性能试验结果表明，当转速为1 200 r/min、喂入量为15 kg/min时，吸风口高度为80 mm时的综合清选性能较好，损失率为2.01%、含杂率为0.98%，优于行业标准。该研究填补了国内小区花生脱壳清选装置的空白，对进一步开展花生科研和检验等小型专用花生脱壳清选设备研究具有一定参考价值。     

基于离散元的排种器排种室内玉米种群运动规律

高寒干旱地区免耕地表播种作业时,排种器振动与种群运动状态对气吸式排种器的吸种性能有较大影响。为研究气吸式免耕播种机在免耕地表作业时排种器振动参数及振动对排种器内玉米种群运动的影响规律,该文采用BK加速度传感器和Pulse LAN-XI振动测试系统,对2BM-5型气吸式免耕播种机在免耕地表作业时排种器振动特性进行了测试,并应用Matlab软件对振动信号进行了分析。在此基础上基于离散元法模拟了在田间作业振动条件下玉米种群运动规律,并基于室内台架试验进行了验证。播种机田间作业振动信号分析结果表明:播种机前进速度为2、3、4、5、6、7 km/h时,排种器振动的位移功率谱密度较大值的频率为5、6、7 Hz,排种器振动的幅值由2.4到7.9 mm线性增加。由离散元方法仿真得到了种子室内玉米种群最大速度、种群平均速度与播种机作业速度的拟合曲线。台架验证结果表明:气吸式排种器排种性能较好的作业速度为3~5 km/h,较好的振动幅值为6 mm;种群最大速度范围为0.120 3~0.224 3 m/s,种群平均速度范围为0.080 7~0.141 3 m/s,吸种区种群最大速度范围为0.127~0.26 m/s时,气吸式排种器吸种性能较好。该研究可为免耕播种机气吸式排种器吸种性能的提高提供参考。     

气吸式杂交稻单粒排种器研制

针对气力式水稻精量排种器充种不稳定、单粒播种精度不高和播种量大的问题,该研究设计了一种具有矩形吸种孔和辅助充种装置的气吸式杂交稻单粒排种器。根据“吉田优”型杂交稻的长短轴重力分布情况,确定排种盘吸种孔形状;基于CFD-DEM(Computational fluid dynamics, Discrete element method)流固耦合理论,以吸附力为指标,进行5类具有相同面积的吸种孔单因素仿真试验,确定吸附力最大的吸种孔规格为0.8 mm×2.25 mm;以该型吸种孔为基础,选取辅助充种角、工作转速和工作负压为试验因素,以单粒率S、多粒率M和漏播率L为试验指标,开展Box-Bhnken台架试验,对试验结果进行响应曲面分析和多目标优化,得到排种盘辅助充种角为80.90°、工作转速为42.65 r/min、工作负压为621 Pa时,排种器的单粒率为86.91%,漏播率为3.63%。验证试验结果的排种器单粒率为86.36%、漏播率为3.41%,与优化结果吻合。研究结果可为后续气吸式杂交稻单粒排种器的优化设计和直播机整机作业精度的提高提供指导。     

气力式矮密栽培红枣捡拾机研制

为满足在矮密栽培模式下实现红枣收获机械化的工作要求,该文针对落地红枣捡拾效率较低、机械化捡拾易伤枣及红枣与杂质分选困难等问题,研制了一种适用于新疆矮化密植红枣的气力式红枣捡拾机。该机主要由柴油机、风机、拨轮分选装置、吸气室、闭风器、吸气管、传动系统、行走系统以及振动分离筛机构等组成,根据其工作原理,确定振动分离筛机构的偏心距为60mm,曲柄转速范围为131.61～160.62r/min。运用Design-Expert10.0.3.1软件,根据Box-Benhnken中心组合设计方法,以机器前进速度、风机转速、曲柄转速为影响因子,红枣拾净率和含杂率为响应值进行三因素三水平二次回归正交试验设计,并对各因素进行优化。结果表明:对红枣拾净率和含杂率的显著性影响顺序为:风机转速曲柄转速机器前进速度;验证试验结果表明:当机器前进速度为0.60 m/s、风机转速为3 080 r/min、曲柄转速为140 r/min时,红枣拾净率为96.41%、含杂率为1.54%。田间试验值与理论优化值相对误差分别为1.71%和3.40%,均小于5%。该研究可为矮密栽培红枣机械化捡拾提供参考。     

气吸式排种器扁平种子吸附姿态调节机构设计与试验

针对气吸式排种器在进行扁平形状种子排种时，充种性能不稳定排种效果不佳的问题，该研究以扁平玉米种子为作业对象，从种子的吸附姿态调节入手，设计一种具有倾斜凸台式取种结构的气吸式排种器。对排种器的倾斜凸台作业过程进行理论分析和设计计算，针对平面盘、凹槽盘和凸台盘三种排种盘的作业过程进行离散元仿真分析，结果表明：凸台盘对种群的扰动能力、离散程度和扭矩高于其他排种盘，倾斜凸台在取种过程中能够改变种子的姿态，实现种子扁平面与吸孔表面间的平行吸附。台架试验结果表明，凸台盘的单粒吸附率优于凹槽盘和平面盘，随着前进速度升高，单粒吸附率先增加大后减小，8 km/h达到最高值91.70%；随着负压增大，单粒吸附率变化趋势相同，3 kPa时达到最高值90.84%；凸台盘的稳定吸附率和平行吸附率随速度增大出现小幅降低，随负压增大逐渐升高并在3 kPa趋于稳定，凸台盘的吸附性能优于其他两种排种盘，同时三种排种盘在取种时的平行吸附率与投种位置的稳定吸附率呈正比。前进速度4～8 km/h时，凸台盘的合格率稳定在97%左右，随后逐渐下降，12 km/h时降至93.18%；田间试验结果表明，排种器作业性能随前进速度升高而降低，12 km/h时，凸台盘的合格率降为90.34%，漏播率升高至6.52%，满足精密播种要求。倾斜凸台式取种结构能够对扁平种子吸附姿态进行有效调节，提高吸附稳定性和排种器作业性能，研究结果可为扁平种子高速精量取种提供技术参考。     

筛片参数优化对饲料粉碎机筛分效率的影响

传统锤片式粉碎机普遍存在着筛分效率低于粉碎效率的问题,为了寻求提高粉碎机的筛分效率的途径,该文通过试验台试验与颗粒动力学仿真相结合的方法,通过研究粉碎机筛片的结构参数和分离装置内的气流速度对筛分效率之间的影响规律,揭示物料的透筛机理。通过试验台试验发现:随着气流速度的增大,筛分效率呈先高后低的趋势;筛孔形状和筛片安装角度对筛分效率的影响较大;筛孔的排列方式对筛分效率的影响较小。利用颗粒动力学仿真软件EDEM-FLUENT对颗粒筛分过程进行模拟仿真,模拟结果与试验结果基本吻合,二者的相对误差不超过4%,结果显示:气流速度为6~15 m/s时,物料透筛效率呈先逐渐增大后又逐渐降低的趋势;筛片安装角度在20~70°范围内,最佳筛片安装角度为35~45°;在筛片开孔率相同的情况下,长方孔的筛分效率最高,圆孔的筛分效率最低。研究认为:在多种组合中,气流速度为12.37 m/s,筛片安装角度为40°的长方形的T型筛孔的筛分效率最高。     

油麦混编景观种子带编织机研制

为实现油菜、小麦等大田作物景观化种植,该研究基于已有种子带编织机工作原理,设计了一种油麦混编景观种子带编织机,可实现按照预设景观图案自动进行2种作物种子在纸带中的规律化播种。对气吸式排种器等关键部件进行设计,通过试验进行结构和作业参数优化并对编织效果进行评估。试验结果表明,油菜在气流负压2500Pa、吸孔直径1.2 mm和电机转速3 r/min的条件下,小麦在气流负压2 500 Pa、吸孔长径为3.9 mm和短径为1.9 mm、电机转速3 r/min的条件下,排种性能达到最优,播种合格率分别为94.1%和92.2%,重播率分别为1.8%和3.1%,漏播率分别为4.1%和4.7%。机器走纸精度稳定,种子排布均匀性较好,株距变异系数小于6%;当设定作物株距与行距为5cm,总编织点数目在100～900范围内逐渐增加时,图案相对位置变异系数和编织面积变异系数整体上均随图案尺寸增大而减小,图案编织精度逐渐提高,最终稳定在17%左右。田间试验结果表明,苗期图案的相对位置变异系数为18.26%,编织面积变异系数为10.87%,基本呈现出预期的图案视觉效果,研究结果可为大田作物景观化种植的机械化作业提供参考。