锥盘式花生种子脱壳装置研制

针对现有花生脱壳机脱净率低、种仁损伤率高及其对花生品种适应性差等问题,该研究设计了一种锥盘式花生种子脱壳机构。以花育23花生为试验对象,利用EDEM软件对花生荚果进行脱壳模拟试验,通过仿真分析与脱壳装置样机试验获得了脱壳机构最优结构参数。为进一步提高脱壳质量,在上下锥盘表面粘贴橡胶刺皮,以锥盘式花生脱壳机构的下锥盘转速、橡胶凸起数目、最小脱壳间隙为试验因素,脱净率、损伤率为响应值,进行单因素试验和Box-Behnken试验。利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,以建立脱净率、损伤率与下锥盘转速、橡胶凸起数目及最小脱壳间隙的回归模型。通过提高脱净率、降低损伤率的双目标优化得到关键参数的最优组合为:下锥盘转速270 r/min,橡胶凸起数目5 500个/m~2,最小脱壳间隙11 mm。样机试验表明,粘贴橡胶刺皮的锥盘式脱壳装置样机的脱净率和损伤率均值分别为97.84%和3.27%;与滚筒式花生种子专用剥壳机相比,有橡胶刺皮的锥盘式脱壳装置的脱净率提高了2.03个百分点,损伤率降低了0.67个百分点。橡胶刺皮疲劳损伤试验表明,累计脱壳作业90 h后橡胶刺皮严重磨损,脱壳质量降低,应及时更换。研究结果可为花生种子脱壳机的研发及改进提供参考。     

花生种子带式清选设备关键作业参数优化

针对带式清选设备清选花生种子合格率低、带出率高,关键作业参数研究空白的现状,该文结合花生种子物理特性,研究了整粒花生在带式清选设备帆布带的滚动摩擦角及半粒花生在帆布带的静摩擦角,并运用中心组合试验设计理论开展关键作业参数优化,重点分析了带式清选设备的纵向倾角、横向倾角、帆布带转速对清选合格率、带出率的影响规律,并以合格率、带出率为响应指标进行优化。首先对主产区山东的典型品种花育33物理特性进行研究,并探明了以带式清选设备帆布带为摩擦面的整粒花生滚动摩擦角、半粒花生静摩擦角,然后采用二次正交旋转组合试验方法设计试验并用Design-Expert进行数据处理,建立合格率、带出率的回归数学模型并进行方差分析,分析得出影响花生种子带式清选合格率与带出率的主次因素均依次为:帆布带带速纵向倾角横向倾角。通过响应曲面方法分析各因素交互作用对合格率、带出率的影响,并根据优化目标的重要程度(合格率较带出率更重要)对回归模型进行多目标优化,得出花生种子带式清选设备关键作业参数的最优组合为:纵向倾角23.22?,横向倾角25.21?,帆布带带速0.70 m/s,在该条件下合格率、带出率分别为97.20%、2.73%。将优化参数在花生种子清选加工生产线上进行验证及批量化流水加工作业,流水加工作业合格率达95.8%、带出率3.9%,作业质量大幅提升,达到行业标准优等品设备作业性能。该研究可为提升花生种子带式清选设备作业质量提供参考。     

滚筒-栅条式银杏脱壳机结构参数的优化

为了提高银杏果脱壳品质和效率,研制了一种滚筒-栅条式银杏脱壳装置,通过对不同含水率银杏果的脱壳对比试验,发现脱壳率和破仁率主要取决于转子转速、滚筒直径、栅条间隙。采用中心组合试验设计方法进行了银杏脱壳试验,建立了银杏脱壳率和破仁率与转子转速、滚筒直径、栅条间隙之间的数学模型,并采用响应面优化分析和多目标优化法,得到了滚筒-栅条式银杏脱壳装置的最佳工作参数。结果表明:当转子转速为180r/min,滚筒直径为182mm,栅条间隙为10.5mm,含水率为12.6%时,银杏脱壳率为92.80%,破仁率为8.10%。该装置设计为银杏果脱壳生产提供了新的方法。     

4HJL-2型花生捡拾摘果联合收获机的设计与试验

目前中国花生在收获后普遍由人工进行捡拾、摘果,收获效率低、劳动强度大、生产成本高等问题突出。为解决此类问题,该文研制了一种4HJL-2型花生捡拾摘果联合收获机。该机主要由链式尼龙弹齿捡拾装置、 输送装置、摘果装置、清选装置、升运集果装置等部分组成,采用背负式结构设计,配套动力为兖州30拖拉机,机组前进速度52 m/min,捡拾输送速度57 m/min,输送装置倾角23°,可一次完成花生捡拾、输送、摘果、清选、集果等作业,减少人工投入。田间试验表明：该机作业性能良好,捡拾率99.1%;损失率3.2%;生产率886 kg/h,均符合花生收获机行业标准（NY/7502-2002）,满足实际生产要求。研究结果可为花生收获机械的研究和发展提供借鉴。     

大豆脱粒机气力清选循环装置研制与性能试验

为提高大豆脱粒机的清选效果、降低脱粒损失与含杂率,该文利用农业物料漂浮速度试验台测得了大豆脱出物的漂浮速度:完好豆粒9.18～11.61m/s,瘪粒及豆瓣6.14～7.74m/s,未脱净豆荚3.81～5.48m/s,短硬茎杆2.53～4.04m/s,碎秸秆和荚壳1.95～3.75m/s;并根据漂移速度试验结果研制了气力式清选装置和旋风式杂余分离、循环装置并进行了性能试验。性能试验表明,改进的大豆脱粒机最佳风机转速526～611r/min、振动筛频率276～320Hz时,大豆清选后秸秆含杂率和清选损失率分别为0.70%和0.30%～0.32%。研究结果为优化大豆脱粒机气力清选系统设计、提高大豆脱粒机性能提供参考。     

油菜联合收获机分离清选差速圆筒筛设计与试验

为减少油菜联合收获机旋风分离清选系统负载和提高清选性能,该文设计了一种与旋风分离清选装置配合使用、可对油菜脱出物进行初步筛分的差速圆筒筛。分析计算了筛网与助流装置转速范围,开展了基于EDEM的性能指标正交试验,以筛分损失率与筛下物清洁率为指标,以筛网转速、助流装置转速和助流装置投影面齿数为影响因素,得出了最佳参数组合,并开展了台架及田间验证试验。仿真结果表明:最佳参数组合为筛网转速35 r/min,助流装置转速80 r/min,助流装置投影面锯齿数6个。台架验证试验表明:整机喂入量3 kg/s、脱出物喂入量为1 kg/s条件下,差速圆筒筛与旋风分离清选装置配合使用,清选系统油菜籽粒总损失率为4.83%,其中筛分损失率为3.97%,清洁率为85.7%,风机转速可降低36.9%。田间试验表明:清选系统损失率平均值为5.9%,籽粒清洁率平均值为84.4%,平均功耗为3.48 kW,差速圆筒筛作业顺畅。该研究可减少旋风分离清选负载,为油菜联合收获机清选系统的结构改进和优化提供参考。     

4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机的研制及试验

针对中国田间育种机械化程度低、缺乏小区育种作业装备的现状,结合国内小区稻麦种植模式和农艺要求,研制出了4LZZ-1.0型小区稻麦联合收割机。对机器整体设计方案进行了描述,并对气力辅助割台装置、脱粒装置、清选装置、气力输送装置等进行了设计,确定其关键参数。该装备采用静液压轮行走装置和全喂入收获方式,可一次完成育种小区稻麦的分禾、扶禾、切割、喂入、脱粒、清选、清种、份量装袋等工序。样机田间小区收获试验表明,该样机作业性能稳定,生产率39.4小区（4.7 m×2.7 m）/h、脱净率99.97%、含杂率1.46%、破碎率0.04%、损失率1%、小区时隔50.94s、混种率0,各项性能指标均达到或超过了设计指标和相关标准。     

油茶果脱壳清选机的研制与试验

为了找到一种油茶果脱壳及壳、籽分离的最佳方法,该文研究了油茶果的生物特性,并据此特性采用撞击、挤压和揉搓原理研发了油茶果脱壳清选机。该机采用呈一定扭角和锥角、回转半径不同的脱壳杆,在滚筒里形成一锲形脱壳室进行脱壳,适应大小不同的油茶果。利用果壳和茶籽粒的外形差异,设计了一组弧形齿光辊对辊清选机构,并进行了脱壳清选试验。试验结果表明,对于含水率较高、未开裂及开裂的油茶果,在脱壳杆转速350～400r/min,脱壳杆锥角3°,齿光辊间隙1.0～1.5mm,筛孔直径24mm的工艺条件下,处理量达1000kg/h,脱净率≥99%、清选率≥95%,碎籽率≤3%、损耗率≤2%。试验表明整机构思巧妙、工作稳定可靠,可以投入生产应用。     

批次式种子清选装置设计与试验

针对试验小区种质材料"批次式、无残留、易清机、高效率"特殊加工要求，该研究采用开放式组合框架结构、变频振动清筛技术，系统集成批次供种、风选除杂、筛选分级、筛面清理等作业工序，设计了批次式种子清选装置，并对供料系统、风选系统、筛分装置等关键部件进行了设计与分析。以玉米种子为试验对象，以给料速度、振动频率、振幅、筛面倾角为试验因素，以物料净度、获选率和作业时间为试验指标，开展了四因素三水平Box-Behnken试验，建立了响应面数学模型，并进行了参数优化和试验验证。结果表明，振幅、振动频率及二者的交互作用是影响净度和获选率的主要因素；给料速度、振幅、振动频率、筛面倾角均对作业时间有较大影响；优化参数组合为给料速度0.072 kg/s、振幅5 mm、振动频率6.25 Hz、筛面倾角4.6°，在此参数下的验证试验结果为净度98.8%、获选率为99.7%、作业时间约50 s，与模型优化预测结果基本一致。生产性能试验结果表明，处理量15 kg/批时清选装置加工能力达到10批/h，各项指标均满足设计要求。研究可为种质材料及其他颗粒物料批次式清选装备的设计提供参考。     

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。     

气爆式花生脱壳性能的试验研究

利用花生壳本身的透气性,将花生果置于容器内,密封后充入较高压力的气体,维持一定时间,使花生壳内外压力在短时间内达到规定值,然后突然释放,实现了采用气爆原理使花生脱壳的性能试验。文中分析了影响气爆式脱壳的主要因素,找出了提高气爆式花生脱壳率的最佳充气压力和稳定压力维持的时间。     

机械脱壳时花生仁损伤特征及规律

为深入研究机械脱壳过程中花生仁损伤机理和规律,改进花生脱壳机的设计,以辽宁省花生主产地花生品种为对象,运用微型电子拉压试验机、体视显微系统,研究了花生仁外形特征、损伤特征与规律,并进行了不同品种花生仁、不同加载速率、不同受压部位的相关力学特性试验。研究结果表明：不同品种、不同受压部位的花生仁破碎力差异显著,四粒红和花育23在加载速率为10 mm/min时的正压和侧压下平均破碎力分别为106.2、96.6 N和79.8、58.3 N;加载速率不同时,花生仁的破碎变形量和最大破碎载荷都随着加载速率的增大而减小。     

挤搓式玉米脱粒机的研制

为了解决我国长期以来存在的种子玉米脱粒损失量大的问题，该文介绍了一种利用挤搓原理的，宽板齿、低转速脱粒滚筒、栅格式凹板结构的玉米脱粒机的设计方法。该系列脱粒机的特点是脱净率高、破碎率低，适应玉米籽粒含水率在13％～20％范围内，既适合普通玉米脱粒、也适合种子玉米脱粒。该玉米脱粒机在设计上采用了挤搓脱粒技术。经过对该应用技术设备的设计、试制、试验、使用及测试，其结果表明，完全适合种子玉米脱粒。该文还介绍了在对该玉米脱粒机进行设计研究过程中初步总结的一些规律和认识。     

小型鲜莲子剥壳机的设计与试验

由于现有鲜莲子剥壳机的机型结构复杂、价格和维护成本较高,故未能在普通莲农中推广,大多数莲农仍采用手工加工。为了减轻广大莲农劳动负担,实现新鲜莲子机械化剥壳的普及,该文研制了一种结构简单、操作方便、适合普通莲农需求的低价位鲜莲子剥壳机,其整机长×高×宽为756 mm×878 mm×412 mm,质量为37 kg,制造成本约1 500元。测试了鲜莲子外壳的切透力、仁坚实度等机械特性,切透力平均值19.63 N、最大值25.8 N,莲仁坚实度平均值19.02N、最大值23.27 N,此数据可为莲子剥壳机结构参数和工作参数的确定提供参考依据。该机采用内充式空穴分离排料、二步滚动正位、振动切割、滚压脱壳的工作原理实现莲子剥壳。通过对4种不同切割方案的剥壳试验对比,结果表明:配置齿面防滑压板、具有滑切作用的悬挂式振动剥壳机构的剥壳率和剥壳质量均优于其他方案,其剥壳率为92%,整仁率100%,有轻微压痕的小于10%,能满足鲜莲子的剥壳要求。     

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。     

工作参数对超级稻育秧播种部件吸种性能的影响

为进一步提高超级稻精密育秧生产率及播种精度,该文以气吸振动组合式超级稻精密育秧播种部件为试验对象,研究了种层厚度、双孔孔距和振动频率等工作参数对其吸种性能的影响规律。试验利用高速摄像技术与振动分析仪,采用三因素五水平试验设计,得出了吸种性能与种层厚度等试验因素之间的回归模型。试验表明：滚筒真空度3.1 kPa、滚筒转速14 r/min、振动频率90～104 Hz的条件下,种层厚度在吸种性能的回归模型中贡献率最大。最佳因素组合为种层厚度7 mm、双孔孔距3 mm和振动频率97 Hz,吸种合格率为93.12%。研究为超级稻育秧精密播种器的设计及参数优化提供科学的依据。     

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。     

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。