肉羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺参数优化

针对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料生产过程中,由于作业参数不当造成的生产率低、成型颗粒质量差、能耗高等问题,以麦秸秆、玉米粒为主要试验材料,以原料精粗配比、物料含水率和喂料速度为试验因素,以颗粒饲料的密度、成型率、粉化率、纯工作小时生产率及吨产品能耗为试验指标,对肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料加工工艺进行了试验研究。通过物料含水率、原料精粗配比、喂料速度对颗粒饲料成型效果影响的单因素试验,在满足行业标准要求的密度、成型率、粉化率数值基础上,确定了各因素合适范围;采用正交试验法、极差法、方差法及综合平衡法,试验分析了3因素对各项指标影响的显著性及主次顺序,确定了肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料部分加工工艺的最优参数组合A_3B_1C_3。试验结果表明:在原料精粗配比4∶6,物料含水率17%,喂料速度500 r/min时,颗粒密度为1 116.48 kg/m~3,成型率为99.51%,粉化率为7.36%,纯工作小时生产率达到716 kg/h,颗粒密度符合国家行业标准要求,成型率与纯工作小时生产率达到最高,粉化率虽然不是最低,但完全符合标准要求。研究结果为肉羊羔羊育肥秸秆配合颗粒饲料的生产加工提供参考数据。     

6CZZ-600型针形名优茶做形机及成型工艺优化

针对针形名优茶长期以来只能靠手工操作来实现做形加工，其生产效率低，品质一致性差等缺陷，设计研制了一种加热时间与温度、运转速度可控可调的针形名优茶做形机，分析了曲线锅槽和加压软茶棒对加工工艺及其茶品质的影响。试验结果表明，该做形机加工的针形名优茶品质优良，其通用性好，生产效率高。     

立式驱动浅旋耙设计与参数优化

针对中国黄淮海地区保护性耕作少免耕作业、表土耕作时对地表平整度、表层碎土效果要求较高的特点。研究设计了一种立式驱动浅旋耙,通过对由作业机构参数进行设计优化、刀具的运动学分析与动力学分析,得出了影响土壤受力的因素为机具前进速度与刀具转速,并采用离散元仿真分析对影响因素进行进一步分析。通过田间验证试验,以碎土率、土壤容重、地表平整度为试验指标,对立式驱动浅旋耙进行性能优化试验。结果表明:在前进速度为1.4 m/s,刀具转速为350 r/min时,其碎土率为95.4%,土壤容重为0.82 g/cm~3,土壤平整度为16.3 mm,满足少免耕作业前碎土及秸秆覆盖要求。该研究为少免耕播种前的地表浅旋作业机具提供了参考。     

莲仁钻削去心过程力学特性及减损工艺参数优化

为降低莲仁在钻削去心过程中的加工损耗,找出去心工艺参数对莲仁崩碎的影响规律,该文对莲仁钻削去心过程进行了力学分析、切削过程摸拟、试验测试和工艺参数优化研究。1)对莲仁钻削去心时的受力状态进行了力学分析,建立了莲仁钻削加工的力学模型,分析了莲仁钻削崩碎的主要因素为压辊夹紧力、钻头直径、钻头转速、钻头进给量和莲仁含水率等;2)应用DEFORM 3D软件对莲仁钻削加工过程进行了切削仿真,获得了不同工艺参数条件下钻削轴向力变化曲线以及莲仁应变云图,得到了各工艺参数对莲仁崩碎的影响规律,并找出了莲仁剥落的薄弱位置;3)用Kistler测力仪对莲仁钻削去心过程进行了钻削力测试,得到了莲仁在钻削过程中轴向力-时间曲线,以及切削速度、进给量、钻头直径等工艺参数对钻削轴向力的影响曲线,测试结果与仿真结果基本一致;4)基于所设计的莲仁去心试验台,用单因素试验法测试了含水率、压辊夹紧力、钻头速度、钻头进给量及钻头直径等工艺参数对莲仁崩碎率的影响规律,并在单因素试验结果的基础上,用正交优化试验法获得最优参数组合为莲仁含水率7.78%、钻头直径2.2 mm、压辊夹紧力38 N、钻头进给速度20 mm/s、钻头转速3 000 r/min。研究结果可为莲仁钻削去心设备的设计提供参考。     

蔬菜育苗播种流水线压穴滚筒装置改进与控制系统设计

为进一步提高蔬菜育苗播种流水线的控制精度和生产效率，对现有蔬菜育苗播种流水线进行了改进设计。首先将被动压穴滚筒改造为主动压穴滚筒；然后进行了流水线控制系统总体方案改进设计，完成了以传送带速度检测与控制、压穴装置的初始化与位置控制和播种装置的初始化与位置控制为核心内容的控制系统设计；最后进行了流水线的播种试验。试验结果表明主动压穴装置修正了被动型压穴出现偏差的问题，流水线的播种合格率大于90.8%，空穴率小于5.3%，重播率小于3.9%，最高生产效率可以达到800盘/h。该改进设计提高了播种流水线的播种控制精度和生产效率。     

驱动式碎土除草多功能马铃薯中耕机设计与试验

针对传统锄铲式中耕机在土壤黏重板结情况下碎土率和除草率低、培土效果不佳等问题,该文设计了集深松碎土、铲除杂草、侧深施肥、培土起垄等多功能于一体的驱动式马铃薯中耕机,并对机具关键部件进行设计与分析,确定了深松铲、碎土刀、培土器的结构以及工作参数,在设计分析的基础上进行田间试验,并与锄铲式中耕机进行对照试验。田间试验表明:本文所研制的驱动式中耕机碎土率为95.1%、除草率为96.3%、伤苗率为1.2%、土壤蓬松度达到21.5%、油耗为13.2 kg/hm^2,满足相关标准作业指标要求。对照试验表明:相较于传统锄铲式中耕机,驱动式马铃薯中耕机碎土率提高3.3个百分点、除草率提高3.1个百分点、伤苗率降低1.6个百分点、土壤蓬松度提高2.7个百分点、油耗降低28%,明显优于其作业效果,满足国家标准碎土率≥85%、伤苗率≤5%、除草率≥90%的要求。     

抛送辊式百合收获机的设计与试验

为了解决黏重土壤条件下百合收获时果土分离效果差、埋果率高、破碎率高的问题,设计了一种适合黏重土壤条件下作业的抛送辊式百合收获机。结合百合生长状况以及种植农艺要求,对果土混合物在振动输送装置、抛送辊组上的运动过程及分离作业机理进行分析,构建了黏重土块在抛送辊上抛掷碎土、碰撞碎土的动力学模型,通过分析得到了振动输送装置结构及最大摆动角度、抛送辊组级数、抛送辊轮齿数、抛送辊轮直径及轮廓尺寸等参数。根据设计结果搭建了样机并进行了作业参数的多因素试验,以果土分离机构前进速度、抛送辊转速、挖掘深度为试验因素,百合埋果率、破碎率为试验指标,运用Box-Benhnken试验方法,建立因素与试验指标的回归方程,并得到因素对百合收获指标的影响规律。当试验取最优参数组合为果土分离机构前进速度为0.6 m/s,抛送辊转速为90 r/min、挖掘深度为170 mm时,百合埋果率、百合破碎率的田间试验值分别为6.3%和7.1%。机具各项性能符合设计要求,该研究成果可为百合机械化收获技术及装备研究提供参考。     

立式双层孔环模生物质压块机设计与试验

针对目前环模压块机存在生产率低、能耗高等问题,该文采用立式环模原理和双层孔环模结构,创新设计了双层孔模块及对应的压辊,双层环模模块两边线夹角8°,模孔偏心角4.3°,双模孔中心线夹角10°。样机完成后进行了生产性试验,结果表明:压块机生产率为2.39 t/h,吨料能耗55.86 k W·h/t,成型率为96%以上,成型密度为1.1 g/cm3以上,各项指标均达到设计及标准要求;对比于单层环模的立式环模生物质成型机生产参数,该创新设计的设备性能有所提高;设备自身下层环模与上层环模相比,成型率、生产率均有提高,差异不大。该立式双层环模压块机提高了生产率和产品质量,为中国生物质成型燃料产业化的发展提供装备保障。     

环境友好型虾夷扇贝捕捞网具优化设计与试验

目前中国虾夷扇贝网具存在捕捞效果差、海底生境影响严重等问题,该研究基于水下视频监控技术,设计了水压板导流与随动式惊扰相结合的拖曳网架结构。采用FLUENT软件对改造后捕捞网具的水下拖曳水动力特性进行分析得出,在拖曳水深在30~50 m、拖曳速度为1.8 m/s、网口高度为350 mm时,采用22.5°～30°负迎角弧式水压板,可减轻顶部湍流对底栖鱼类的兼捕影响,且随动式惊扰装置满足作业要求,此时拖曳稳定绳长约为156.80～261.34 m、稳定角度为11.03°、稳定拖曳力为2275.83 N。通过海上捕捞对比试验得出,在拖曳速度为1.5、1.8和2.0 m/s时,改造后捕捞网具与生产用捕捞网具在捕捞量方面无显著差异（P>0.5）,在碎贝量和底栖鱼类兼捕量方面显著降低（P<0.5）。单网平均捕捞量的偏差率分别为6.30%、0.59%和5.55%,单网平均碎贝量的偏差率分别为90.63%、84.78%、85.29%,单网底栖鱼类平均兼捕量的偏差率分别为78.57%、81.25%、84.85%。且在拖曳速度为1.8 m/s时,与生产用网具相比,单网平均捕捞量偏差率最低,单网平均碎贝量的偏差率最低,底栖鱼类平均兼捕量显著减少,符合环境友好型捕捞网具设计要求。     

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。     

链式气动冲切自动化干红枣去核机设计

红枣去核是干红枣产业深加工的关键技术,现有的红枣去核机普遍存在自动化程度低、人工辅助多、去核机构复杂等缺点。为解决现有的技术问题,该文研究设计了一种链式气动冲切自动化干红枣去核机,整机由单片机程序控制所有工序动作,包括辊轮输送链上料、摄像头拍照检测红枣排布情况、辊轮夹持链定位、间歇时间内气缸驱动旋转插杆去核机构去核和卸料输出。选择横径范围为20～30 mm,纵径范围为35～45 mm的干制红枣去核对象进行样机试验,结果为红枣定位率≥98.3%,去核率≥93.75%,平均破碎率为1.46%。该文设计的链式气动自动化干红枣去核机可实现个体自动定向排布上料、有效去核,同时采用图像检测和机械装置结合技术实现精确定位,降低无效的空冲概率。该研究为进一步完善机械装置的设计,实现机构连续性去核提供了参考。     

基于电磁式同步执行机构的鲜枣分级机设计与试验

为了提高鲜枣机器视觉分级机的分级精度和速度,该文研究设计基于电磁式同步执行机构的鲜枣机器视觉分级机,整机由辊轮输送链、拨板链条、电磁铁、同步传动链轮、STM32F407图像处理器和STM32F103控制动作执行的协处理器等组成。执行机构单元拨板与辊轮输送同步,采用灵敏度高的电磁铁吸附硅钢开关扣板执行动作。图像处理流程为图像颜色分量、Sobel算子滤波、大津法二值化、椭圆拟合提取颜色和大小特征值。样机试验结果:拨板链同步位差为0.413 mm,单元拨板击撞力为2.57 N,红枣表皮瞬间承受最大力为12.69 N;每帧图像处理时间为50 ms,执行机构动作时间为40 ms,辊轮输送速度为320 mm/s,红枣分级速度达20个/s,实现鲜枣5个大小等级和1个绿色等级的分级,分级准确率为93.7%,无损率为100%,最大产能达1 400 kg/h。设计的基于电磁式同步执行机构的鲜枣机器视觉分级机实现了鲜枣的高准确率、高速度、无损分级要求,为机器视觉红枣快速分级设备的发展提供重要的技术支撑和理论参考。     

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。     

鲜活黄鳝剖切装置设计与试验

针对目前鳝鳅类淡水鱼类人工剖切劳动强度大、工作效率低、安全性差等问题,该研究以黄鳝（Monopterus albus）为试验对象,基于黄鳝生活习性及鱼体特征,在黄鳝鱼体夹持受力特性分析的基础上,开展了黄鳝鱼体头尾及腹背定位和鱼体夹送剖切方法研究,设计并研制了鲜活黄鳝剖切装置。剖切装置由倾斜料斗、进鱼通道、夹持对辊、剖切刀盘等组成,其中进鱼通道长180 mm,入口处直径28 mm;夹持辊边缘为上宽下窄的锯齿状结构;剖切刀盘直径114 mm。以夹持辊直径、夹持辊初始间隙、夹持辊转速、刀盘露出高度为影响因素,以剖切可接受性评分为评价指标开展相关试验,通过单因素试验探究了各因素对黄鳝剖切`效果的影响。试验结果显示,当夹持辊直径为180 mm时夹送效果较好;夹持辊初始间隙为8 mm时鱼体腹部剖面感官评分最高;夹持辊直径一定时,高转速下的夹送效果明显优于低转速;随着刀盘露出支撑面高度的增加,黄鳝腹部剖切效果的感官评分逐渐增加。正交试验结果表明：夹持辊转速为180 r/min、刀盘露出支撑面高度为22 mm、夹持辊初始间隙为8 mm时,黄鳝腹部剖切效果的感官评分最高;通用性试验结果表明：该装置能够较好地适用于不同规格大小的黄鳝,满足实际加工要求,生产量可以达到24.3条/min。研究结果可为鳝鳅类淡水鱼剖切装置的研发提供参考。     

振动横挡阻隔式旋耕防粘结刀辊设计与试验

针对长江中下游水旱轮作区旋耕刀辊作业时土壤粘附严重问题,导致作业质量差、效率低,该研究设计了一种能够实现刀辊内部固有部件防粘与横挡部件脱附的振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊。对振动横挡作用下土壤受力状态及激振装置结构进行分析,确定激振装置结构参数范围;通过对防粘刀辊结构与旋耕刀抛土运动学与动力学分析,设计防粘刀辊结构参数,得到土壤-旋耕刀分离运动学要求,明确影响防粘刀辊脱附性能关键因素为旋耕切土节距、刀辊转速、横挡回转半径。结合离散元仿真以单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为防粘刀辊脱附性能评价指标进行Box-Behnken试验,确定最优参数组合为旋耕切土节距6.3 cm,刀辊转速260 r/min,横挡回转半径140 mm,此时单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为127.89。在最优参数组合条件下对激振装置进行优化设计,通过MATLAB分析横挡在激振装置驱动下的运动特性,确定了激振装置结构参数。为验证振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊的适用性和减粘脱附性能,在最优参数组合下进行田间试验。多田块性能试验与旋耕对比试验结果表明：该刀辊适用于小麦机械化种床整备作业,所设计旋耕防粘刀辊土壤粘附量远小于常用旋耕刀辊,耕深稳定性系数、厢面平整度、碎土率、粘附量、轴向分布均匀度和秸秆埋覆率的均值分别为92.02%、15.21 mm、81.81%、2.63kg、10.99%和92.27%,均满足国家标准与农艺要求。研究结果可为长江中下游水旱轮作区旋耕机减粘脱附设计提供理论基础与技术支持。     

半喂入式花生摘果试验台设计与试验

为深入开展半喂入式花生摘果装置作业机理、结构参数和作业参数优化等研究,设计了自动喂秧平台、控制系统、参数调节系统和保鲜库,选配高速摄像系统,并与已有试验台进行技术集成,研制成半喂入式花生摘果试验台.该试验台具备关键参数调节和采集、作业过程图像获取和植株保鲜等功能,主要包括机架、自动喂秧平台、夹持输送装置、摘果装置、控制系统、传感器、变频电机和高速摄影系统等.试验台的主要技术指标为:摘果辊长度500,800,1000mm,摘果辊直径160,200,240mm,摘果辊后端中心与夹持输送链的距离100~150mm,摘果辊的转速200~1000r/min,夹持输送链的速度0.5~2.5m/s.在试验台上,对前期尚未涉及的供给株数、链辊夹角等因素、摘果辊功耗等进行了试验研究,开展了摘果过程高速摄影试验研究.结果表明:供给株数对未摘净率和破碎率影响较大;链辊夹角对未摘净损失影响较大,对破碎率影响较小;摘果功耗随着供给株数的增大呈递增规律;高速摄像系统能够揭示摘果叶片与花生果系的作用过程、果秧分离行为和内在机理.该半喂入式花生摘果试验台可为进一步深入开展摘果作业机理研究提供参考.     

膜杂捆料多级破碎机设计与试验

针对棉田机收膜杂捆料中膜-土-秆分布不均、相互裹绕且体积过大，无法直接进行有效破碎的问题，通过分析膜杂捆料的破碎过程，确定了一种先破捆、再破碎的破碎方案，并设计了一种包含均匀喂料装置、直刀破捆装置、Y型甩刀破碎装置的膜杂捆料多级破碎机。以破碎刀辊转速、喂入速度、定刀数量作为主要影响因素，以残膜破碎合格率作为评价指标，进行三因素三水平试验，确定优化参数指标为试验在破碎刀辊转速1125 r/min；喂入速度为0.012 m/s；定刀数量1个的因素水平下，此时膜杂捆料破碎合格率达到 75.15%，满足后续加工工艺要求。该装置的研究对残膜资源化利用关键技术问题具有重要意义和应用价值。     

砍切式玉米秸秆还田机的设计与试验

针对中国北方一年两熟区玉米收获后地表秸秆量大,甩刀式秸秆还田机粉碎长度合格率低,影响后续小麦少免耕播种等问题,基于四连杆机构往复运动原理,利用地表作为支撑,提出了利用砍切对秸秆切段还田的思路,进而研发出一种砍切式玉米秸秆还田机。为避免后续小麦播种时出现拥堵现象,设计秸秆切断长度不超过小麦窄行行距的一半(6 cm);通过理论计算和动力学仿真分析,优化了切刀的运动轨迹并确定切秆装置各杆件尺寸并分析了机具切割功耗为28.39 kW;利用ANSYS软件对切刀进行有限元静力分析,切刀力学性能满足设计要求。田间对比试验结果表明,在玉米收获后秸秆全量保留的条件下,与甩刀式秸秆还田机相比,砍切式秸秆还田机粉碎后秸秆平均长度短0.73 cm,秸秆长度不合格率小5个百分点,秸秆长度变异系数小0.218;机具运行平稳性试验表明砍切式玉米秸秆还田机振动略大于甩刀式玉米秸秆还田机,但差异不显著,该机平稳性满足作业要求;切刀入土平均深度为7.71 cm,可明显降低0~10 cm土层土壤容重;后续播种试验试验表明在砍切式秸秆还田机作业后地表进行播种时,播种机无拥堵现象且播种深度合格率比甩刀式大2.3个百分点。该文研究成果能够为中国北方一年两熟区玉米秸秆还田提供一种新型装备,有利于促进秸秆还田技术的推广。     

基于ANSYS/LS-DYNA的螺旋刀辊土壤切削有限元模拟

为揭示秸秆还田耕整机的螺旋刀辊与土壤之间的关系特性,根据螺旋刀辊切削土壤的工作特点,利用ANSYS/LS-DYNA971软件对螺旋刀辊土壤切削过程进行模拟,得出了螺旋刀辊切削土壤的功率消耗、切削阻力的大小以及土壤等效应力的变化规律.模拟结果表明,螺旋刀辊转速为300 r/min,机组行进速度为1.1 m/s 时,单组螺旋刀辊切削土壤的最大功耗为6.4 kW,最大切削阻力为2820.7 N,且土壤最大等效应力发生在横刀刚入土时的内侧面,所得功耗值与经验推导值相符.研究结果为双轴型水田高茬秸秆还田耕整机的系统参数优化设计提供参考.     

滑切防缠式香蕉秸秆还田机设计与试验

针对香蕉秸秆富含纤维且含水率高等物理特性,现有的秸秆与根茬粉碎还田机田间作业时存在着切割阻力大,秸秆纤维易缠绕等问题。采用理论建模方法确定了秸秆滑切刀片的刀刃曲线方程;设计阐述了还田机的关键结构参数,该文研制出一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,并阐述了还田机械的总体机构与工作原理,同时对其秸秆粉碎率以及功耗进行田间试验。结果表明:各因素对香蕉秸秆粉碎率和功耗影响的显著性顺序从大至小依次均为秸秆粉碎刀辊转速、灭茬刀辊转速、机器前进速度。当机器前进速度为1.39 m/s、秸秆粉碎刀辊转速为1 600 r/min、灭茬刀辊转速为500 r/min时,香蕉秸秆粉碎率为95.2%,功耗为4.96 k W。在最优工作参数情况下,实际香蕉秸秆粉碎率为94.9%,实际功耗为5.1 k W,与软件分析值(95.2%、4.96 k W)间的误差分别为0.31个百分点、0.27%,验证了分析的可信性。通过与甩刀式立式香蕉秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出所研制的滑切防缠式香蕉秸秆还田机秸秆粉碎率提高1.94个百分点,功耗降低11.3%。该机器的设计为中国南方热带地区香蕉秸秆还田技术的推广与应用提供了基础。