免耕播种机的抛送装置数值模拟与试验研究

为了了解全秸秆覆盖地免耕播种机叶片式抛送装置气流流场的分布情况以及抛料管道气流速度的影响因素,采用FLUENT对抛送装置进行数值模拟并对其进行了试验研究。结果表明,气流速度沿叶轮径向方向由内向外逐渐升高;圆形壳体出料口外侧的气流速度较内侧处的高;模拟所得结果和试验值的分布趋势基本一致,验证了数值模拟的可靠性;抛送叶轮的转速越高、叶片直径越大,各测点的气流速度就越大,越有利于秸秆物料的抛送;当叶片数为4、叶片倾角为后倾10°时,更有利于秸秆物料的抛送。     

凸圆弧形刀片切割性能研究

针对铡草机功耗大、生产率低、切割质量差等问题,利用9Z-4C型青贮铡草机搭建切割性能测试试验台,通过分析刀刃切割过程的受力确定刃倾角对切割性能的影响。以主轴转速、刃倾角和喂入量为试验因素进行单因素试验研究得到切割装置切割性能最佳取值范围：主轴转速600～700 r·min^-1、喂入量0.9～1.5 kg·s^-1、刃倾角60°～70°。以比功耗作为切割性能评价指标,通过Box-Behnken 响应面试验得出各因素对铡草机切割过程中对比功耗影响的主次顺序：主轴转速>喂入量>刃倾角;根据试验结果以比功耗最小为响应值,利用Design-Expery8.0.6软件分析出各因素对比功耗影响的最佳参数组合：主轴转速642 r·min^-1、喂入量为1.3 kg·s^-1、刃倾角63°,切割性能较优化前提高了14%。该结果可为铡草机切割装置的参数优化和结构改进提供依据。     

梨树枝条粉碎机切削系统工作参数的优化

为改善枝条粉碎机的作业质量,提高粉碎生产率及切削合格率、降低生产能耗,在构建切削装置试验台的基础上,以动刀数量、动刀楔角及刀盘转速等工作参数为影响因素,以切削生产率、切削功耗及合格率为目标函数,建立二者之间的多元数学回归模型,探索各因素之间的影响规律及最佳水平组合。采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论,进行3因素3水平试验。同时利用Design-Expert 8.0.6软件的回归分析法和响应面分析法,建立数学模型,分析各因素对切削作业效能的影响,并对各因素进行优化分析,得到切削装置最优工作参数。性能试验结果表明,切削生产率影响因素显著顺序依次为动刀数量、刀盘转速、动刀楔角;切削功耗影响因素顺序依次为动刀数量、动刀楔角、刀盘转速;切削合格率影响因素顺序依次为刀盘转速、动刀数量、动刀楔角;综合指标影响因素顺序依次为动刀数量、刀盘转速、动刀楔角;最优参数组合为动刀数量4把、刀片角度30°、刀盘转速1 600 r/min,生产效率2.02 t/h,功耗3.85 kW·h/t,合格率96.5%。研究结果可为进一步完善切削机的结构设计和作业参数优化提供依据。     

螺旋式输送装置参数优化研究

为了提高农业纤维物料螺旋式输送装置的输送性能,降低输送功耗,提高生产率,利用MATLAB软件对比功耗数学模型进行单变量优化分析,并结合试验验证了理论分析的一致性。试验结果表明:螺旋式输送装置输送性能最佳的取值范围是:喂入量30～70 kg/min、螺距300～355 mm、螺旋轴转速97～137 r/min。以比功耗作为输送性能评价指标,采用3因素3水平的Box-Benhnken响应面分析法进行参数优化试验,得到了影响比功耗各因素的主次顺序:喂入量、螺距、螺旋轴转速。以比功耗最小为优化目标,利用Design-expert的优化模块对试验结果进行分析,确定出各因素对指标影响的最佳参数组合:螺距335 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量30 kg/min,输送性能优化后比优化前提高了8%,上述成果满足预期设计目标,可为螺旋式输送装置的参数优化和结构改进提供一定的参考和指导。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送装置参数试验优化

针对农业纤维物料螺旋输送装置输送功耗大、效率低的问题,以比能产量和功耗为输送性能的评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,并以比能产量最大,功耗最小为优化目标,对影响螺旋输送性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,当螺距为300～355mm,螺旋轴转速100～140r/min、喂入量30～70kg/min时,螺旋输送装置能满足较高效率较低能耗输送要求;各因素对比能产量影响的主次顺序为:喂入量、螺距、螺旋轴转速;影响功耗的主次顺序为:喂入量、螺旋轴转速、螺距;螺旋输送装置优化参数组合为:螺距325mm,螺旋轴转速100r/min,喂入量30kg/min。优化后螺旋输送装置的比能产量为0.084 6kg/W,较优化前提高了4.96%,功耗为439.781W,较优化前降低了2.44%。     

两级分段式黑水虻虫沙滚筒筛分装置设计与试验

针对黑水虻虫沙分选过程中黑水虻幼虫含杂率高、损失率高等问题,结合黑水虻虫沙的机械物理特性设计了一种黑水虻虫沙分离装置,该装置主要由两级滚筒筛、链轮、电机等组成。以滚筒转速、滚筒倾角、喂入量为试验因素,以含杂率和损失率为评价指标,设计三因素三水平正交试验,分析各因素对含水率为30.2%的黑水虻虫沙筛分性能的影响。结果表明：影响含杂率因素的主次顺序为喂入量、滚筒转速、滚筒倾角;影响损失率的主次顺序是滚筒转速、喂入量、滚筒倾角。利用Design-Expert软件分析得出最佳参数组合：滚筒转速为30 r·min^-1,滚筒倾角为7°,喂入量为1.6 t·h^-1,预测含杂率为1.109%,损失率为8.430%。经过验证试验得到该参数组合下的含杂率为1.165%、损失率为8.877%,优化结果与验证结果基本一致,该结果可为黑水虻虫沙筛分设备的设计与作业参数优化提供参考。     

螺旋带状整地装置功耗分析与试验研究

螺旋带状整地装置可解决传统全幅旋耕整地能耗高、土壤扰动大等问题,为探明螺旋带状整地装置工作参数对作业功耗影响规律,基于土壤强度破坏机理,建立螺旋带状整地装置切土、抛土功耗模型,得到螺旋带状整地装置作业功耗与结构参数、工作参数、土壤物理及力学性质函数关系.依据东北土壤物理和力学性质建立土壤离散元仿真模型,运用EDEM仿真试验,以入土角度、作业速度、螺旋叶片转速为试验因素,以作业功耗为试验指标,作二次正交旋转试验,得到影响螺旋带状整地装置作业功耗因素顺序为作业速度>螺旋叶片转速>入土角度;利用土槽试验台测定螺旋带状整地装置不同工况下作业功耗,并与离散元仿真值作对比,得出仿真值与实测值相对误差均值为8.34％,说明该离散元仿真模型可较准确反映螺旋带状带状整地装置作业功耗.研究可为螺旋带状整地装置结构优化、动力合理配套和功耗特性研究等提供参考.     

玉米根茬根土分离方式的试验研究

为确定较优的玉米根茬根土分离作业方式与作业参数,在根茎类作物根土分离试验台上进行了碾压、击打和抖动的单独及组合作业方式的根土分离效果对比试验。结果表明,采用碾压+击打组合方式对低含水率(10%~15%)的玉米根茬样品进行根土分离优于其他作业方式。为优化碾压+击打组合作业方式的作业参数,根据Box–Behnken试验设计原理,以根土分离率和作业功耗为性能指标,以轧距、飞锤转速和飞锤质量为试验因素进行试验,建立了根土分离率以及作业功耗的回归模型,通过响应曲面法分析指标与因素间的相互作用,并对回归模型进行多目标优化。优化获得的最佳作业参数为:轧距22 mm,飞锤转速200 r/min,飞锤质量0.3 kg,试验验证根土分离率为95.44%,作业功耗为0.72 k W,试验值与理论预测值基本一致,表明采用碾压+击打组合方式具有良好的根土分离效果。     

提高叶片结构适用性的打叶参数优化研究

[目的]研究不同框栏开口形状与尺寸、打辊转速、物料流量对打叶质量的影响与贡献率,探索提高叶片结构适用性的优化打叶参数组合。[方法]以河南烟叶为分析对象,采用正交试验设计,利用直观分析、方差分析、SSR检验、因素贡献度分析等分析方法对试验数据进行分析。[结果]在试验范围内,各因素对叶片结构影响的主次顺序为框栏、物料流量、转速,较优水平的打叶参数组合为一打六边形框栏组合、物料流量12 000 kg/h和打辊转速35 Hz。[结论]利用正交设计试验方法进行打叶参数优化,可减少试验次数,快速实现"降大提中控碎去梗"的目的,为满足卷烟工业企业对打后叶片结构需求变化提供了技术支持。     

压力磨盘式薏苡脱壳装置的设计与试验

为提高薏苡脱壳质量,运用柔性剪切揉搓脱壳原理,设计了一种压力磨盘式薏苡脱壳装置。装置主要由进料搅龙、动磨盘、压力磨盘和压力调节装置等部件组成。工作时,薏苡随进料搅龙进入脱壳空间,依靠两磨盘之间的压力和摩擦力对薏苡进行揉搓脱壳,当压力磨盘受力大于薏仁破碎力时被顶起,以增大脱壳间隙,保护薏仁。对薏苡在导流区、破壳区和分离区的受力进行分析,确定影响薏苡脱壳质量的主要因素为薏苡含水率、脱壳转速、脱壳间隙和预紧力。以脱净率、破损率为试验指标,通过单因素试验确定薏苡脱壳装置的最佳参数范围;基于单因素试验结果,选取含水率为7%的薏苡,以脱壳装置的转速、脱壳间隙和预紧力为试验因素,脱净率和破损率为响应指标,进行三因素二次回归正交旋转组合试验,结果影响薏苡脱净率的主次因素依次为预紧力、脱壳间隙、脱壳转速,影响薏苡破损率的主次因素依次为脱壳间隙、预紧力、脱壳转速;基于响应曲面法对回归模型进行多目标优化,优选出脱壳装置的最佳作业参数组合为脱壳转速513.625 r/min、脱壳间隙2.061 mm、预紧力119.628 N,薏苡脱净率为91.731%、破损率为9.612%。将优化参数圆整,对薏苡进行连续脱壳作业,测得薏苡脱净率为91.12%,破损率为8.93%,可满足实际生产要求。     

纵置单轴流滚筒脱粒与分离装置功耗性能试验研究

考察脱粒与分离因子对功耗性能的影响，通过二次回归正交旋转组合试验，对影响钉齿式轴流滚筒脱粒与分离性能的3个因素(喂入量、滚筒转速及导向板导角)以及对脱粒与分离的主效应、单效应、两因素的交互效应进行分析，并且得出各因素水平之间的最佳组合工艺。     

基于响应面法的仔猪配奶罐搅拌器数值模拟与优化

为了探究仔猪配奶罐中搅拌器参数对奶水搅拌效果的影响,设计了一种双层桨叶仔猪配奶罐,采用CFD数值模拟与响应面分析相结合方法,以转速、层间距、桨叶角度和离底距离为优化参数,以搅拌功率、混合时间和平均温升速率为响应指标,设计四因素三水平正交仿真试验,建立响应指标的回归模型,得到双层桨叶搅拌器的最优参数值。结果显示：转速和桨叶角度对搅拌功率的影响极显著,转速、层间距、桨叶角度和离底距离对混合时间影响极显著,转速对平均温升速率影响极显著,层间距和桨叶角度对平均温升速率影响显著,其中转速对搅拌器性能影响最大;响应面回归模型具有较好的拟合性,通过响应面回归模型得到最优的参数组合为转速80 r/min、层间距170 mm、桨叶角度30°、离底距离100 mm。与优化前相比,搅拌功率减小27.08%,混合时间减小70.15%,平均温升速率提升9.57%,且湍流动能云图分布和温度云图分布明显优于初选模型。     

新型青贮饲料收获机滚筒切碎器的设计与试验研究

切碎滚筒是青贮饲料收获机的重要工作部件,直接影响收获机的功率消耗、切碎性能及抛送性能。本研究在试验的基础上,设计了新型平板刀式滚筒切碎器,分析了滚筒切碎器的结构参数和运动参数对切碎性能的影响,确定了平板刀式滚筒切碎器较优的结构和工作参数。试验研究表明:滚筒转速和喂入量是影响功耗的重要因素,饲草的切碎均匀度与滚筒转速呈正相关。     

激光淬火工艺对小麦磨粉机磨辊表面硬度及磨损性能的影响

【目的】研究激光淬火后小麦磨粉机磨辊表面材料性能变化,解决磨辊磨损严重、使用寿命较短等问题。【方法】采用响应曲面的旋转二次组合设计原理,按照3因素5水平试验方法建立激光功率、光斑直径、扫描速度与磨辊材料表面硬度的数学模型,分析激光功率、光斑直径与扫描速度3因素及各因素间的交互作用对磨辊金属材料表面硬度的影响规律,找出最优的参数组合,探讨淬火后磨辊表面材料的磨损机理。【结果】激光功率、光斑直径与扫描速度对磨辊材料表面硬度影响显著;激光功率、光斑直径和扫描速度对磨辊材料表面硬度的影响依次由强到弱;最优工艺参数组合为激光功率190 W、光斑直径0.70 mm、扫描速度220 mm/s,该参数组合下得到的试样表面硬度为688.67 HV,比原始硬度提升了35%;经激光淬火最优参数组合处理的试样磨损质量损失约为未处理试样的7%;经激光淬火后的磨辊表面材料与小麦粉料间的摩擦磨损作用减弱,小麦粉料在试样表面产生的划痕较轻较短,沟槽更加浅窄。【结论】磨辊表面材料经激光淬火处理后其抗小麦粉料磨损性能明显增强。     

圆盘式开沟机正反转开沟运动学分析及参数优化

针对圆盘式开沟机开沟方式、作业参数选择不合理,造成工作过程中功率消耗大的问题,通过理论分析和试验验证,研究开沟方式、作业参数与功率消耗的关系。对正、反转开沟过程进行运动学分析,建立开沟方式与开沟深度的适应性方程。利用室内土槽试验台,构建正、反转开沟功耗测试系统。单因素试验表明:当开沟深度为0~368mm时,反转开沟功率消耗大于正转开沟;当开沟深度为368~500mm时,正转开沟功率消耗大于反转开沟。采用正交旋转组合试验,研究了开沟深度、刀盘转速和前进速度对功率消耗的影响规律,得出各因素对正转开沟功率消耗影响的主次顺序是:开沟深度前进速度刀盘转速,对反转开沟功率消耗影响的主次顺序是:开沟深度刀盘转速前进速度。采用多因素单目标优化方法,建立功耗模型并求解得出,当开沟深度为185mm,刀盘转速为190r/min,前进速度为0.85km/h时,正转开沟功耗最小为29.47kW;当开沟深度为415mm,刀盘转速为217r/min,前进速度为1.03km/h时,反转开沟功耗最小为36.28kW。验证试验表明:2种开沟方式下,理论值和试验值的相对误差分别为7.32%和2.47%。     

兴安落叶松针叶床层火蔓延的模拟

以黑龙江省帽儿山地区典型森林类型兴安落叶松林地表可燃物为研究对象,分析不同可燃物含水率、可燃物载量、风速和坡度与火蔓延速度之间的关系,共进行4(可燃物载量)×4(可燃物含水率)×3(风速)×3(坡度)=144组点烧试验,并建立适用于兴安落叶松针叶林的火蔓延模型。结果表明:在试验设定范围内,可燃物床层在火蔓延过程中80%为阴燃,火蔓延速度在75%区间内不超过6 m·h^-1,最大值为93.02 m·h^-1、最小值为0.41 m·h^-1;可燃物载量对火蔓延速度影响不显著,3个显著变量对火蔓延速度的影响由大到小的顺序为:风速、可燃物含水率、坡度;4个因子交互作用对火蔓延速度的相对贡献为:可燃物含水率×坡度×风速27.73%、风速17.22%、可燃物含水率×坡度×风速×载量13.01%、可燃物含水率×风速11.01%、坡度×风速9.21%;火蔓延速度预测模型的标准估计误差值为8.56,验证误差值为12.93。因此,在森林火行为预报工作中,应注意可燃物的特征、所处的地理位置及其环境因素。     

油茶果脱壳装置设计及试验

为提高油茶果脱壳率和降低茶籽破损率,采用撞击、搓擦原理,设计了一种油茶果脱壳装置。该装置由喂料斗、脱壳装置、动力传输部件、机架等构成,通过立式甩盘的撞击以及脱壳室内齿圈的搓擦进行脱壳,能适用含水率在65%以下的油茶鲜果脱壳。确立了影响脱壳的主要因素是甩盘转速和喂料量,并进行了脱壳试验。结果表明,随着甩盘转速的增大,脱壳率及破损率显著增加,而随着喂料量的增大,脱壳率先增加后降低,破损率变化相对较小。该脱壳装置适宜的工作参数为:甩盘转速为700 r/min左右;喂料量控制在500 kg/h左右,在此条件下,脱壳率能达到85.3%,破损率为6.5%左右。     

甩刀式马铃薯杀秧机的设计与试验

针对马铃薯收获机在收获时薯秧缠绕,影响机械化作业的问题,设计了甩刀式马铃薯杀秧机。对关键部件甩刀的形状、数量、排列和运动进行了理论分析,确定了其结构及主要参数,对样机进行了田间试验。以甩刀的转速、机具前进速度及刀片类型为因素,以茎秧漏打率和功耗为试验指标进行了正交试验,田间试验表明,甩刀式马铃薯杀秧机的最佳工作参数为：甩刀转速1 700 r·min^-1、甩刀刀片类型Y型、机具前进速度3.8 km·h^-1 。该机工作性能稳定,茎秧漏打率为1%,达到了技术规范设计要求和生产农艺要求。     

Measurement of an equivalent friction coefficient to characterise the behaviour of fertilisers in the context of centrifugal spreading

In the context of centrifugal fertiliser spreading, numerous mechanical models demonstrate that the acceleration on the spinning disc depends on the friction coefficient of the fertiliser against the vane. Nevertheless, when the dynamic friction coefficient is measured by traditional methods, the values obtained do not reflect fertiliser behaviour differences. The study proposes a new estimation of the friction coefficient termed “equivalent friction coefficient” (EFC). This parameter is deduced from a mechanical model of the fertiliser motion on a spinning disc and from the measurement of the outlet angle of the particles. The outlet angle is measured using a simple imaging system that captures a high number of particle trajectories in the vicinity of the spinning disc in a few seconds. Values obtained for three common fertilisers are compared. For a flat disc rotating at 800 rpm and equipped with radial vanes, the EFC values are, respectively, 0.13, 0.14 and 0.44 for ammonium nitrate, NPK and KCl. The influence of disc configuration, vane profile and rotational speed is addressed. The influence of fertiliser moisture content is also investigated. Results demonstrate that this method can be used to obtain a relative classification of fertilisers. This paves the way for the definition of a normalized method, which will classify fertilisers in terms of real spreading behaviour.