4YF-3、4Y-3型自走式玉米联合收获机的设计与试验

针对我国北方小麦玉米一年两熟种植地区玉米收获时含水率高的特点及我国目前农村土地经营规模及发展趋势,设计了４ＹＦ－３、４Ｙ－３型两种自走式玉米联合收获机,这两种机型均可同时进行摘穗、果穗输送、果穗集箱、秸秆粉碎直接还田等多项作业,较好地解决了高含水率玉米果穗的收获和秸秆处理问题。生产率０．５～０．９ｈｍ²／ｈ,配套动力７８．７ｋＷ。     

切纵流联合收获机小麦喂入量预测的试验研究

为及时获知切纵流联合收获机在田间收获时的喂入量,该文将切纵流联合收获机的切纵流脱粒分离装置在室内建成切纵流脱粒分离试验台并进行喂入量为1～8kg/s的小麦脱分性能试验,通过采集切流滚筒,喂入轮和纵轴流滚筒的脱分功耗,对切纵流脱粒分离装置脱分功耗进行分析,推导出喂入量与纵轴流滚筒净脱分功耗之间的关系,并用采集小麦随机喂入量脱分功耗的方法对切纵流脱粒分离试验装置的喂入量进行预测验证。结果表明,利用纵轴流滚筒净脱分功耗可以较准确的预测切纵流联合收获机在小麦收获中的喂入量,在喂入量≤6kg/s时,预测误差≤0.89%;喂入量在7～8kg/s时,预测误差在1.02%～1.42%之间。     

用于地膜原料的大豆秸秆粉碎预处理工艺参数优化

为了满足植物纤维制取机对大豆秸秆原料长度的要求,采用改进的揉切式粉碎机对大豆秸秆进行预处理,选取揉切机的主轴转速、喂入量以及秸秆的含水率为试验因素,以大豆秸秆粉碎长度为响应函数,对大豆秸秆原料的预处理工艺参数进行了组合试验研究。结果表明:1)各因素对于秸秆粉碎长度影响的贡献率从高到低排序为主轴转速、含水率和喂入量;2)预处理工艺的最优参数组合为喂入量168 kg/h、大豆秸秆含水率处于36%~58%、揉切机主轴转速处于1 100~1 300 r/min。在此工艺参数条件下,大豆秸秆粉碎长度分布符合植物纤维制取机所要求的70~85 mm的理想范围。研究结果为完善植物纤维地膜制造工艺体系提供了参考。     

全喂入花生捡拾收获机喂入量建模与试验

为解决中国全喂入花生捡拾收获机作业时因喂入量波动导致作业性能下降甚至出现机械故障,而花生捡拾收获机喂入量相关基础研究又缺失的问题,该文以团队前期所研制的4HLJ-3000型全喂入花生捡拾收获机为研究对象,提出了基于捡拾台动力输入轴扭矩的喂入量监测方法。通过对捡拾台进行动力分析,得出了捡拾台动力输入轴扭矩和喂入量的数学模型。利用捡拾台动力输入轴转速、扭矩和功率等工况数据监测存储分析管理系统进行了扭矩和喂入量的道路监测试验。对试验结果进行了线性函数、幂函数、指数函数和二次函数拟合回归分析,结果表明二次函数模型拟合度较高,其决定系数R2为0.990。对二次函数拟合曲线进行分析,结果表明,当喂入量小于等于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加扭矩缓慢增加;当喂入量大于3.0 kg/s时,随着喂入量的增加,扭矩急剧增加,且转速随之降低。模型验证试验的结果表明,所建立的二次函数模型具有较好的准确性,绝对偏差率范围为0.42%～2.43%,平均偏差率为1.40%,且喂入量越大,偏差率越大。对喂入量和扭矩的函数模型进行了田间试验,结果表明,扭矩偏差率范围为1.90%～3.58%,平均偏差率为2.65%。研究结果可为全喂入式花生及其他作物捡拾收获机结构优化设计及喂入量的智能测控提供参考。     

玉米收获机断秸导流装置设计与试验

针对玉米收获机秸秆还田装置秸秆粉碎合格率低以及春季免耕播种时垄台秸秆壅堵等问题,该研究设计了一种能够使切断的秸秆顺利导入垄沟的断秸导流装置。作业时定刀与高速旋转的动刀对玉米秸秆进行横-纵向滑切,玉米断秸沿导流板导流至垄沟,提高秸秆粉碎合格率的同时减少垄台秸秆壅堵。建立玉米秸秆切割力学模型以及玉米断秸导流运动学模型,结合运动学及动力学分析,明确了影响断秸导流装置的主要因素为动-定刀间距、导流板偏角及导流板倾角。以秸秆粉碎合格率和秸秆导流率为试验指标进行装置结构参数优化试验,试验结果显示,断秸导流装置各参数最优组合为动-定刀间距48 mm、导流板偏角52°、导流板倾角45°。将最优参数组合下的断秸导流装置与甩刀式及锤爪式还田装置,在不同工况下进行对比试验,试验表明：断秸导流装置的平均秸秆粉碎合格率为94.40%,比甩刀式和锤爪式平均秸秆粉碎合格率提高3.53%、2.15%,秸秆粉碎性能优于其他还田装置;最优参数组合下的断秸导流装置平均秸秆导流率为93.8%,导流效果明显。该装置可以有效提高秸秆粉碎合格率,减少免耕播种时秸秆壅堵,研究结果为玉米收获机新型秸秆还田装置的设计提供参考。     

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。     

滚割喂入式卧轴甩刀香蕉假茎粉碎还田机设计与试验

由于香蕉假茎粗大、含水率高,且富含纤维素与半纤维素,现有的粉碎还田机大多存在秸秆粉碎不彻底、刀具易磨损、机器作业效率低等问题。针对上述问题,该文设计了一种滚割喂入式卧轴甩刀香蕉假茎粉碎还田机,描述了该机推倒装置、滚割喂入装置、粉碎装置以及整平装置等主要部件的结构,并对粉碎刀进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。田间试验表明:该机器在拖拉机前行速度为2.16~3.60 km/h、后动力输出轴转速为720 r/min时,工作效率为0.42~0.46 hm2/h、油耗量为21.4 L/hm2、香蕉假茎粉碎合格率为96.6%、香蕉假茎平均切碎长度为57 mm,均满足秸秆粉碎还田农艺要求。该研究为中国南方香蕉种植区秸秆粉碎还田机的发展与推广提供了参考。     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

小麦玉米秸秆掺土还田量对土壤水分运动特性的影响

为探求小麦、玉米秸秆还田对土壤水分运动特性的影响,利用非饱和导水率测定仪测定土壤水分特征曲线,采用van-Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线。试验以不掺加任何秸秆为对照,另设计分别掺加小麦或玉米秸秆的4个处理,掺加量分别为干土质量的1.0%、1.6%、2.25%、3.2%,比较各处理土壤水分运动参数和水分有效性差异。结果表明,掺加秸秆后模型进气值倒数值均小于对照;在秸秆掺加量为1%~2.25%时,形状系数值随着秸秆掺加量的增大而增大,当掺加量为3.2%时反而减小;秸秆的掺入还影响到土壤水分特征曲线的土壤残余含水率和土壤饱和含水率,掺加2种秸秆后,土壤饱和含水率均比未掺时小;土壤残余含水率变化规律与形状系数值一致,掺加小麦秸秆后,土壤残余含水率略低于对照,而掺加玉米秸秆后,土壤残余含水率略高于对照。掺加秸秆能减少土壤重力水19.3%~73.3%,在掺加小麦秸秆3.2%、掺加玉米秸秆2.25%时,土壤中易利用水比例系数最大,分别为26.3%、30.6%,所以通过掺加秸秆能显著提高土壤的保水性。研究可为阐明秸秆还田后土壤水分运动规律提供理论依据。     

秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置改进

针对秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置存在的功耗高、易堵塞的问题,设计并分析了抛送管道改进结构,在此基础上以比功耗和抛送速度为目标函数,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对洁区播种机秸秆输送装置的工作参数进行了试验研究,以抛送叶轮转速、喂入量和抛送管道截面积作为影响因素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,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆输送性能有较大影响,比功耗影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;抛送速度影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;最优参数组合为抛送转速2 270 r/min,喂入量1.3 kg/s,管道截面积507 cm~2,对应的比功耗和抛送速度分别为7 980 m~2/s~2、11.7 m/s,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置的结构完善设计与参数优化提供依据。     

完整稻秆卷压过程应力松弛试验

为深入研究完整稻秆在卷捆压缩过程中的流变特性,该文利用自制的钢辊式圆捆机卷压试验台进行了完整稻秆卷压过程应力松弛试验研究。选择稻秆含水率、草捆干物质质量、卷捆钢辊转速、稻秆喂入速度为试验因素,并以应力松弛时间和平衡弹性模量作为应力松弛特性评价指标,进行4因素5水平正交旋转组合试验。结果表明:完整稻秆卷压过程应力松弛模型可用1个Maxwell单元和1个弹簧并联组成的三元件方程表示;各因素对应力松弛时间贡献率排序依次为稻秆含水率、草捆干物质质量、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;对平衡弹性模量贡献率排序依次为草捆干物质质量、稻秆含水率、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;当稻秆含水率为65%、草捆干物质质量为17 kg、卷捆钢辊转速为257 r/min、稻秆喂入速度为1.6 kg/s时,应力松弛时间和平衡弹性模量可分别达最佳值17.08 s和4.01 k Pa。试验结果可为圆型打捆机对完整稻秆的卷压工艺优化及其压缩机理分析提供必要的理论与技术支持。     

基于ZigBee和PDA的农田信息无线传感器网络

为了实现农田信息的实时采集、处理与可视化,缩短数据采集和处理间的时差,开发了基于ZigBee和PDA的农田信息无线传感器网络。系统由集成ZigBee协调器的PDA和带传感器的路由节点组成。通过无线传感器网络,用户手持PDA可实时动态访问田间信息,并控制传感器的供电电源开关,以节省功耗。采集的田间信息包括土壤水分、土壤温度、土壤电导率、空气温湿度。其中土壤温度、空气温湿度传感器为数字式传感器,土壤水分、土壤电导率传感器为模拟传感器。节点通信距离试验表明,正常工作条件下,40 m距离的丢包率只有0.092,满     

农作物秸秆切割试验台测控系统的研制与试验

为了准确测量农作物秸秆在切割过程中的力学特性,研究各因素对秸秆切割性能的影响,在已有秸秆切割试验台的基础上,研制了一套基于LabVIEW虚拟仪器的秸秆切割特性测控系统。该系统主要有电动机控制系统、数据采集系统及上位机系统3部分组成,实现了秸秆切割速度、喂入速度的连续可调,切割过程中的主轴扭矩、切割力、切割速度、喂入速度等信号可高速实时采集与显示,并具有数据保存和回放等功能。试验表明,该测控系统能够较好地实现切割速度与喂入速度在0～2 m/s范围内的任意组合以及切割扭矩、切割力和转速在0～10 kHz采集频率下的测量与分析,为切割刀具参数的优化和秸秆收割收获装备的开发提供了理论依据与技术支持。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送理论模型分析与试验

针对农业纤维物料螺旋输送机理不明确、输送功耗大、生产率低等问题,该文对揉碎玉米秸秆的螺旋输送过程进行理论分析,建立了同时考虑物料的压缩特性、螺距的变化及螺旋轴离心力作用的物料所受压力、螺旋输送装置的生产率和功耗的数学模型,并通过轴向推力、生产率和功耗试验数据修正了上述模型。结果表明,当喂入量30 kg/min、转速58 r/min、螺距在160~300 mm的范围内变化时,压力、生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在11.7%、8.6%和5.9%以内;当螺距250 mm、喂入量30 kg/min、螺旋轴转速在58~148 r/min的范围内变化时,压力、生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在5.1%、6.9%和5.4%以内;当螺距250 mm、转速58 r/min、喂入量在10~70 kg/min的范围内变化时,压力及生产率和功耗的理论值与实测值的相对误差分别在5.9%、5.8%和5.2%以内。该研究为适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置的设计及生产提供较为精确的理论依据。     

饲料用秸秆丝化多频快速压缩成型工艺参数优化

为了进一步探明丝化后干玉米秸秆压缩成型的最佳工艺参数,利用WDW-200微机控制电子式万能试验机,以秸秆含水率、最大压缩力(能够压缩成型的最小压缩力)、压缩次数和压缩速度为影响因子,对饲料用玉米秸秆丝化后压缩成型块的松弛比进行了二次回归旋转组合试验研究。建立并分析了4个影响因子对玉米秸秆丝化压缩成型松弛比的回归模型,并进行了验证试验。结果表明:丝化后玉米秸秆压缩成型最佳工艺条件为:含水率为7.8%~18.3%,能够成型的最小压缩力为6.22 MPa,压缩次数为2~6次,压缩速度为128~337 mm/min。在此工艺条件下,干玉米秸秆丝化压缩成型的松弛比在1.2和1.5之间,均能满足实际生产中较低能耗与生产质量的要求。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和了解压缩成型后产品的特性具有参考意义。     

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。     

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。     

玉米秸秆拉伸特性的试验研究

该文利用二次正交旋转组合试验设计方案,深入研究了含水率、叶鞘位置和取样位置3个因素对玉米秸秆拉伸特性的综合影响。结果表明,含水率和取样位置的单因素效应对玉米秸秆的拉伸特性有显著影响,而叶鞘位置基本上不影响拉伸特性。此外,含水率和取样位置的交互作用对拉伸特性也有显著的影响,且随着玉米秸秆样品的取样位置的不断升高,顶部和底部的秸秆样品的最大拉伸载荷和抗拉强度的变化与含水率的变化截然相反,可能是因为不同位置的秸秆有着不同特性的内部组织结构。该研究为玉米秸秆机械化收获装备的设计提供依据。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160～300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58～148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10～70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。