网状滚筒式机采籽棉残膜分离机的设计

新疆棉花特殊的地膜栽培模式导致在机械采收过程中容易混入残留地膜（简称残膜）,残膜的存在是降低机采籽棉质量等级的重要因素之一。为有效清除机采籽棉中混有的残膜,设计了网状滚筒和正压风力结合的分离设备,建立了分离对象的运动控制方程,借助离散相模型(DPM)对机采籽棉残膜分离机的籽棉与残膜的分离原理进行了分析,通过数学模型分析的籽棉运动轨迹和基于CFD仿真分析的籽棉运动轨迹阐释了残膜的整个分离过程,最后对分离机籽棉入口处流场速度进行了试验。结果表明,在保证分离效果的前提下,得到了籽棉在入口处最佳速度为4.5 m/s。该文提出的分离原理和设计方案可以为具有类似特性差异的农产品分离提供理论依据和借鉴。     

机采籽棉残膜分离机籽棉带出机理仿真

为了实现籽棉残膜分离过程中,减少棉花带出的损失。该文通过计算和试验方法分别得到了籽棉和破碎的地膜(简称残膜)悬浮速度2.6、0.8 m/s。运用Fluent数值模拟方法,分离室入口处风速分别设定为3.5、4.0、4.5、5.0 m/s时,对关键分离区域的速度分布进行了数值仿真。结果表明:入口速度为4.0 m/s时,分布在0.8～2.6 m/s范围内速度值所占的比例分别为85%～86%,籽棉最不容易被带出。然后利用试验方法对仿真结果进行了验证,结果表明:模拟值与实测值差异较小。该研究为籽棉残膜分离机的优化设计提供了参考。     

机采籽棉残膜静电分离装置分离试验

通过单因素试验考察了极板间距、分离电压、电极间距、荷电时间对籽棉残膜静电分离装置残膜分离率的影响,得到极板间距、分离电压、荷电时间对分离率影响显著。以残膜分离率为响应指标,利用3因素3水平的响应面分析法确定了各影响因素的最佳参数组合并建立了数学模型,试验表明：最佳的参数组合为荷电时间2.71 s,分离电压-30 kV,极板间距14.75 cm,此时分离率为96.8%。该文为进一步实现籽棉与残膜的有效分离提供依据。     

随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化

残膜是一种可循环利用材料,残膜回收过程中只有将残膜和作物秸秆、土壤等杂质分离,才能实现残膜的回收利用,减少残膜污染。针对目前回收残膜含杂率高的问题,该文设计了一种随动式残膜回收机清杂系统。为明确该系统的作业性能,提高残膜回收作业质量,进行了随动式残膜回收机清杂系统作业参数优化。通过对工作原理、工作条件及膜杂分离影响因素的分析,确定以机具前进速度、地膜输送链速度、捡拾滚筒安装位置和二级杂质输送装置转速为试验因素,以残膜捡拾率、膜杂分离率和杂质输送效率为试验指标,根据二次回归正交组合试验设计原理,进行了四因素五水平回归正交组合田间试验设计。利用Design-Expert软件对试验结果进行响应面分析,得到各因素与试验指标之间的数学模型,分析得出影响残膜捡拾率和膜杂分离率的主次因素依次是捡拾滚筒安装位置、机具前进速度、地膜输送链速度和二级杂质输送装置转速;影响杂质输送效率的主次因素依次为二级杂质输送装置转速、捡拾滚筒安装位置、地膜输送链速度和机具前进速度。根据优化目标的重要程度,对回归模型进行多目标优化,得出清杂系统最佳作业参数组合为:机具前进速度1.26 m/s、地膜输送链速度1.55 m/s、捡拾滚筒安装位置-17 mm(即以支架长孔中心与捡拾滚筒中心在竖直方向重合为原点,向机具前进方向调整17 mm)、二级杂质输送装置转速为205 r/min,在最优参数组合下残膜捡拾率为90.19%,膜杂分离率为92.21%,杂质输送效率为89.6%。并通过田间试验验证了最优组合,试验结果显示:残膜捡拾率为91.54%、膜杂分离率为90.37%、杂质输送效率为88.4%,与预测值误差分别为1.50%、2.00%和1.34%,参数优化结果可靠。研究结果可为提升随动式残膜回收机清杂系统作业质量提供参考。     

4JSM-2000型棉秆粉碎与残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆秋后棉地残膜回收机械化水平,解决传统残膜回收机械普遍存在的残膜回收率低、含杂率高、残膜易缠绕和作业效率低等问题,该文研制了一种可一次完成棉秆粉碎还田、残膜回收、残膜与棉秆及土等杂物分离作业的秋后棉秆粉碎还田与残膜回收联合作业机。该机使用锤片式粉碎装置和螺旋搅龙输送装置,作业时起膜齿将残膜揭起后堆积在起膜齿末端处;偏心滚筒式拾膜机构将残膜拾起并运送至卸膜机构,捡拾滚筒壁上的卸膜槽与卸膜叶片协调配合完成卸膜作业,卸膜叶片通过卸膜辊的高速旋转产生离心风力,使落入蜗壳壳体内的残膜沿风道进入残膜回收箱,完成残膜回收。田间试验结果表明,该机在作业速度为6.0 km/h时,作业效率为1.15 hm2/h、棉秆粉碎合格率为90.1%、残膜回收率84.4%、膜秆分离率87.3%,棉秆粉碎还田和膜秆分离效果较好。该机各项参数满足农艺要求,研究结果有利于解决棉田残膜污染问题。     

籽棉团悬浮速度的理论算法与试验验证

针对常规悬浮速度理论值与测试值间的偏差大问题,该研究将以常规悬浮速度理论为基础,通过量纲分析法和力平衡原理,建立籽棉团物理属性与阻力系数之间的关系,提出一种轻软可压缩颗粒悬浮速度理论模型。然后,在棉田测试单颗棉桃完全开裂时所含籽棉团直径,确定气力输棉管道最小直径,并通过管流雷诺数和绕流雷诺数计算确定阻力系数。用体积法测试籽棉团密度并用等密变径法制备6种不同密度、18种不同直径的球形籽棉团试样并进行悬浮速度试验测试。结果表明,单颗棉桃全开裂时直径变化范围在38～54 mm之间,在这范围内管流和绕流雷诺数都大于500,阻力系数确定为0.44;籽棉团松散密度范围在21.2～35.3 kg/m3之间,半压实密度范围在101～137.4 kg/m3之间;籽棉团悬浮速度测试值从直径比大于0.6开始与常规悬浮速度理论值偏离,直径比等于1时籽棉团悬浮速度测试值不等于零。采用该研究提出的理论模型和计算方法时,所得到的籽棉团悬浮速度分布特征和大小与测试结果基本吻合,平均相对误差为4.6%,并通过方差分析验证了该研究提出的理论模型和计算方法的有效性。这为籽棉、羊毛和驼绒等轻软可压缩物料的气力输送系统和装置的改进设计提供理论模型和计算方法。     

残膜分离筛机构的运动仿真与分析

研究残膜、残茬与土壤分离装置，建立残膜分离筛运动数学模型，分析残膜等物料在筛面上的运动规律。利用Pro/Engineer软件建立了分离筛的三维模型，通过分析与仿真，优化分离筛机构的结构参数和运动参数，有效地提高残膜的分离率，减小分离筛因往复惯性力引起的振动。试验表明，分离筛的振动频率对残膜的分离率影响较大。当飞轮转速为175 r/min时，分离筛有较强的分离能力，且运转比较平稳。     

滚筒式残膜回收机的性能试验研究

针对“11SM-1.5型滚筒式残膜回收机”核心工作参数匹配不合理,机具在作业时,常常由于使用者操作方式与水平存在差异,影响残膜回收的总体拾膜性能,进而降低残膜拾净率.滚筒式残膜回收机是一种以弧线往复式挑膜装置为核心部件的典型残膜回收机具,该研究根据滚筒式残膜回收机的结构和工作原理,分析弧线往复式挑膜装置的挑膜齿尖运动轨迹特点,确定影响机具性能的主要因子为挑膜装置转速、机具前进速度和挑膜齿入土深度,采用正交试验分析法进行田间试验,分析不同参数配比对残膜拾净率的影响,得出各因素的影响显著性及主次顺序.综合考虑挑膜装置各项指标,选择最优的水平组合,获取机具的最佳工作参数匹配,即:挑膜装置转速45 r/min、机具工作速度4km/h和挑膜齿入土深度35 mm时,残膜拾净率为88.2％,达到残膜回收机设计标准,比目前成熟的秸秆还田联合式残膜回收机的官方测定捡拾率高6.2个百分点,为机具优化设计提供数据参考,进而指导实际生产.     

玉米全膜双垄沟残膜回收机作业性能优化与试验

为进一步提高玉米全膜双垄沟残膜回收机工作性能,对玉米全膜双垄沟膜-茬分布特性与对应的机械化残膜回收工艺进行了探讨,通过对玉米全膜双垄沟残膜回收机关键部件相关作业机理进行分析,确定了影响样机残膜漏收率、缠膜率作业效果的相关参数。采用四因素三水平Box-Behnken试验设计方法,建立了关键参数与残膜漏收率、缠膜率之间的数学模型,确定了样机较优的运动参数组合（样机前进速度0.46 m/s、偏心挑膜滚筒转速163 r/min、卷膜主动辊转速77 r/min和中间送膜轴转速45 r/min）,并对最优作业参数间的关系进行了分析。田间验证试验表明,作业机残膜漏收率均值为6.06%、缠膜率均值为0.73%,试验结果满足国家相关标准规定的要求。研究方法与结果可为西北旱区玉米全膜双垄沟残膜回收装备的研发提供参考。     

滚刀式青贮玉米起茬及残膜回收联合作业机的设计与试验

为提高新疆青贮玉米地残膜机械化回收水平,研究大根茬对残膜机械化回收的影响,解决残膜回收率低、膜茬缠绕易堵塞等机具工作难题,该文研究设计了一种滚刀式青贮玉米起茬及残膜回收联合作业机。该机关键工作部件为滚刀起茬、滚筒拾膜和脱膜辊等装置,作业时采取滚刀结构将玉米大根茬起出,解决了大根茬对残膜回收的影响,随后通过滚筒拾膜机构将地膜挑起,由脱膜辊装置将滚筒上的地膜拨送至膜箱。根茬起茬率、地膜捡拾率是评价起茬及残膜回收联合作业机性能的主要指标,该文利用Design Expert软件设计了三因素三水平二次回归正交试验,以滚刀入土深度、机具前进速度、滚刀刀轴转速为影响因素,建立了响应面三维模型。分析得到滚刀入土深度及机具前进速度对机具残膜捡拾率影响显著(P0.01),而滚刀入土深度及滚刀刀轴转速对机具根茬起茬率影响显著(P0.01),通过方程推导出机具最佳工作参数为滚刀入土深度18.50 mm、机具前进速度4.57 km/h、滚刀刀轴转速906.43 r/min。大田试验结果表明,在工作参数为前进速度4.5 km/h,滚刀入土深度20 mm,刀轴转速900 r/min作业条件下,根茬起茬率达到88.25%、残膜捡拾率达到84.62%,与理论推导值对比误差均小于4%。该机通过滚刀式起茬能够解决青贮玉米地根茬对残膜回收的影响,可为玉米等大根茬类作物残膜回收机的研究提供参考。     

残膜回收机逆向膜土分离装置的设计与参数优化

针对土壤耕层多年沉积的残膜力学性能差、膜土分离困难、残膜碎片回收率低的问题,设计了一种链齿式残膜回收机。该机具主要工作部件有捡拾装置和膜土分离装置。机具的作业深度为0～150mm,捡拾装置完成起膜并对膜土进行输送,随后通过逆向膜土分离装置进行分离,最终把残膜运送至集膜箱。以捡拾装置角速度、膜土分离装置角速度、膜土分离装置角度为试验因素,以残膜回收率和含土率为响应值对链齿式残膜回收机进行三因素三水平的二次回归正交试验。通过试验得到了各因素的响应面模型,分析了各因素对作业效果的影响并对各因素进行了优化。结果表明,试验因素对残膜回收率的影响显著顺序为:膜土分离装置角度捡拾装置角速度膜土分离装置角速度;试验因素影响含土率的顺序为:膜土分离装置角度膜土分离装置角速度捡拾装置角速度;对优化结果进行试验验证得,捡拾装置角速度42 rad/s、膜土分离装置角速度57rad/s、膜土分离装置角度37°时,此时残膜回收率为81.12%,含土率为34.83%;且各个评价指标的试验值与模型优化值的相对误差均小于5%。该机具利用逆向膜土分离装置可以解决膜土分离困难、残膜碎片回收率低的问题,可为后续残膜回收机膜土分离装置机构的研究和优化提供参考。     

滚筒筛式废旧地膜与杂质风选装置设计

回收后的废旧地膜与棉秸秆、根茬等杂质缠绕不易分离,不能实现二次利用,为实现废旧地膜循环再利用和从根源上解决废旧地膜对土壤环境的污染问题,通过对棉秸秆、根茬及地膜在风场中进行运动学分析,测定其悬浮速度,并以此为基础设计了滚筒筛式废旧地膜杂质风选装置,介绍了机具的整体结构、工作原理及关键部件.通过正交试验确定了最优工作参数组合,试验结果表明当旋转筛筒转速为30 r/min,风管出口风速15 m/s时,物料喂入量为250 kg/h时,作业后膜中含杂率、杂中含膜率及废旧地膜产量效果最佳,将最优参数组合带入实际生产中进行验证,试验表明该机具各项指标均满足设计要求,分离后的废旧地膜膜中含杂率为13.71％,杂中含膜率为0.133％,废旧地膜产量可达35.8 kg/h.     

残膜回收机单组仿形搂膜机构的设计与试验

搂膜作业是新疆目前残膜回收的主要工作方式,在残膜回收机回收工作过程中,因棉地环境复杂,现有残膜回收机整体仿形搂膜效果差,使得搂膜弹齿无法对起伏程度不同的棉地同时进行单组仿形搂膜,造成残膜回收率低等问题,针对此问题,该文提出了一种单组仿形搂膜机构。通过对该机构进行理论设计,利用搭建的土槽台架试验装置,以弹齿数量、试验车速度、弹齿直径为影响因素,搂膜率为评价指标,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:弹齿数量5个,弹齿直径12 mm,试验车速度1.85 m/s。根据该试验参数组合,进行台架试验验证,结果表明:优化参数组合下的搂膜率88.5%,优化预测模型可靠。通过在新疆昌吉五家渠共青团农场对站立棉秸秆的田间进行搂膜试验,表明该搂膜机构能够满足残膜回收的技术要求,为单组仿形搂膜机具的设计提供了参考依据。     

叶轮扰动水介质对地膜与棉秆沉降聚集行为影响与试验

当前残膜回收机作业后的膜杂混合物因地膜与棉秆缠绕打结严重,含杂率高,造成回收后的地膜再利用率低和环境二次污染。该研究在分析物料属性和水洗分离理论的基础上,提出了以液相水为介质实现固相地膜和固相杂质分离方案,在二维平面内以地膜与棉秆驰豫时间差和最大垂向位移差为响应指标,录像分析为载体,在自制的地膜与棉秆悬浮水力特性试验台采用控制变量法开展外部流场和地膜与棉秆物料属性的单因素试验和正交试验,建立影响因素与响应指标之间的多元拟合回归方程,获得最优参数组合并进行试验验证。结果表明:影响地膜与棉秆分离显著性因素为叶轮转速、地膜面积和棉秆长径比;最优参数组合为叶轮转速202r/min,地膜面积为1 271.4mm2,棉秆长径比为13,相对应的地膜与棉秆驰豫时间差和最大垂向位移差预测值分别为4.20 s和22.1 cm,最优组合参数试验下的平均值分别为4.34 s和21.2 cm,与预测值的相对误差为3.23%和4.25%,寻优参数可信。试验录像分析表明,地膜与棉秆沉降聚集行为是水平稳定取向姿态和竖直运动取向姿态相互转换的过程,且运动轨迹都是以叶轮轴为中心的一组同心圆;相较于棉秆,地膜对水介质作用力响应周期更长,且在三维空间内有明显翻转现象。该研究结果可为膜杂分离技术的改进和机械装置的研制提供理论基础和科学依据,亦可为秸秆粉碎和薄膜撕碎工艺参数优化提供参考。     

关于土壤水分对风蚀起动风速影响研究的现状与问题

在土壤风蚀研究中,Bagnold建立的适用于干沉积物的起动风速与沉积物粒径的关系已被广泛接受。然而,沉积物中的水分亦是影响沙粒起动风速的重要因素,因为在湿润状态下,水分子与沉积物颗粒之间的张力增大了颗粒间的粘聚力,从而增大了起动风速。准确地估算土壤风蚀量或地表沙尘释放量及其所造成的危害需要建立沉积物起动风速与其含水率之间的关系,但这方面的研究目前远不能满足实际需要。本文较为全面地综述了近50年来有关沉积物起动风速与含水量关系方面的研究成果,将已有的研究成果归纳为半定量描述、经验模型和理论模型等三大类,分别介绍了代表性成果。通过对比发现,各家研究结论分歧较多,除了定性意义上较为相似外,定量关系五花八门,差异很大。作者将造成差异的原因归结为:问题本身的复杂性导致理论研究使用了过多的假设与简化、对颗粒之间的粘聚力与水分的关系缺乏清晰的认识、颗粒起动的判别标准与确定方法不同、实验过程中土壤水分的加入与确定方法以及实验土壤的颗粒特征和其他物理化学性质等不同。因此,这一领域的研究尚有很大的探索空间。     

2ZZ-3型深松培垄施肥联合作业机的设计与试验

深松培垄施肥是玉米等作物种植过程中重要的田间管理环节,具有打破犁底层,加深耕作层,改善耕层结构,提高土壤蓄水保墒、抗旱耐涝的能力。针对东北地区常年作业所导致的土壤耕层较浅、土壤板结严重以及深松阻力大的问题,结合了深松、培土和施肥等关键技术,设计一种与32.5 kW以上拖拉机相配套的可一次性完成深松培垄和追肥等多项作业的深松培垄联合作业机。以拖拉机前进速度、垄沟深松深度、培土器开角为因素,伤苗率和比阻作为评价指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明：各因素对伤苗率和比阻影响的主次顺序依次为深松深度、培土器开角、前进速度;因素水平上的最优组合为深松深度为25 cm,起垄犁开角为60°,前进速度为5 km/h,伤苗率均值为3.31%,比阻均值为1.97 N/cm2。经过田间试验作业性能好,各项作业指标达到了农艺要求。深松培垄同时作业减少了动力消耗,减少了工作阻力,为旱地合理耕层的构建配套机具提供了参考。     

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。