基于虚拟正交试验的苹果苗木平茬机切割器参数优化设计

为获取砧木物理参数,分析平茬机切割装置切割原理,基于ANSYS LS-DYNA软件建立苹果砧木切割装置有限元模型,研究苹果苗木切割过程中工作参数与刀片参数的关系,以前进速度、锯盘齿数、切割转速为因素,以切割力和切割功率为指标,采用Design Expert动态响应软件优化结果切割器转速为4 200 r·min^-1,前进速度为1 km·h^-1,齿数为100齿数时,单组切割功率为1.801 kW,为苹果苗木平茬切割装置提供依据。试制苹果苗木平茬机,田间试验合格率高于95%,满足平茬的农艺要求。苹果苗木平茬切割装置的研究对实现苹果苗木平茬机械化具有重要意义。     

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。     

甜菜切顶机的设计与试验研究

【目的】针对甜菜分段收获过程中切顶作业切削损失大、效率低、效果不理想等问题,设计一种集切缨、仿形、切顶为一体的甜菜切顶机.【方法】运用CAD软件设计整机结构及主要工作部件;采用L16(43)正交试验设计,对影响机具切顶性能的因素进行分析,确定最优参数组合,并进行田间试验验证.【结果】弹簧预紧力对切顶合格率、少切率和多切率的影响极为显著;作业速度对切顶合格率影响较为显著,对少切率和多切率影响不大;滚筒转速对切顶合格率、少切率和多切率的影响最小.各因素对切顶性能影响程度依次为:弹簧预紧力作业速度滚筒转速.【结论】当弹簧预紧力为250N,作业速度为5km/h,滚筒转速为1 100r/min时,机具作业性能最佳,切顶合格率达到85%,少切率为5.8%,多切率为9.2%,能够满足生产要求.     

稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机开沟功耗研究

为了获得较准确的开沟功耗,从而为稻麦联合收获开沟埋草多功能一体机动力配套、开沟作业参数选择提供依据,对多功能一体机开沟部件作业功耗进行了测试,并建立了开沟作业功耗数学模型。结果表明:刀盘转速为294r.min-1时,平均开沟功耗最低(8.18kW),446r.min-1时平均开沟功耗最高(10.83kW),最高平均功耗约占配套动力的25%。正常作业效率下,开沟功耗为8～12kW;从低耗高效原则出发,刀盘转速宜取294～369r.min-1;不同刀盘转速下,模型用不同修正系数修正后可用来进行开沟功耗估算、整机动力配套或各部件动力分配。     

油菜收获圆盘式切割器的设计与性能试验

为了寻求减少油菜联合收获机割台损失的途径,设计了一种适应油菜收获的圆盘式切割器。利用摆锤冲击试验机,研究单株油菜的生物物理特性,得出适合油菜切割的高度为200～400 mm。运用自制的自走式切割试验装置,对影响切割功耗和落粒损失的切割速度、切割高度、刀盘倾角等进行了单因素和多因素正交试验。单因素试验结果表明,在切割转速700 r/min,切割高度300 mm,刀盘切割倾角10°时,其切割功耗为30.19 W,落粒损失为1 162粒。正交试验结果表明,切割转速750 r/min,切割高度250 mm,刀盘切割倾角10°,装置前进速度0.4 m/s,刀片6片为最佳参数,与正交5号试验相近,其切割功耗36.39 W,落粒损失895粒。     

油菜收获圆盘式切割器的设计与性能试验

为了寻求减少油菜联合收获机割台损失的途径,设计了一种适应油菜收获的圆盘式切割器。利用摆锤冲击试验机,研究单株油菜的生物物理特性,得出适合油菜切割的高度为200~400 mm。运用自制的自走式切割试验装置,对影响切割功耗和落粒损失的切割速度、切割高度、刀盘倾角等进行了单因素和多因素正交试验。单因素试验结果表明,在切割转速700 r/min,切割高度300 mm,刀盘切割倾角10°时,其切割功耗为30.19 W,落粒损失为1 162粒。正交试验结果表明,切割转速750 r/min,切割高度250 mm,刀盘切割倾角10°,装置前进速度0.4 m/s,刀片6片为最佳参数,与正交5号试验相近,其切割功耗36.39 W,落粒损失895粒。     

新型玉米秸秆揉丝机的设计与试验

【目的】在对传统小型玉米秸秆揉丝机进行研究和借鉴的基础上,设计了1种针对我国北方旱区玉米全膜双垄沟播种植模式下的新型玉米秸秆揉丝机,并独立设计了压扁机构、切割机构和揉搓机构,以期提高玉米秸秆的揉丝质量.【方法】运用Solidworks软件对该机的零部件进行了三维建模与装配,并根据玉米秸秆饲料生产的农艺要求对主要部件的参数进行了计算.【结果】压扁机构中压扁辊和划丝辊的直径为160 mm,转速为450 r/min;切割机构中,动刀的圆周直径为500 mm,主轴转速为1 200 r/min;揉搓装置中,内圆台锥角为66°,转速为450 r/min.【结论】该机作业时,秸秆丝化率可达95%,秸秆丝切割长度为20～40 mm,吨料电耗为2.4 kW·(h/t),单位功率生产率为417 kg/(kW·h);室内试验表明,该机工作性能可靠,能够有效提高玉米秸秆的揉丝质量,其各项指标均符合玉米秸秆揉丝机的设计要求.     

基于甘蔗切割有限元分析的割台工作参数优化

为了研究垄沟甘蔗收割台的切割性能,分析割台切割器的刀盘倾角、刀盘转速和割台前进速度对切割力和切割能耗的影响。通过试验测量了甘蔗轴向和径向的剪切模量、弹性模量、泊松比分别为0.59 MPa、8.63 MPa、0.458和4.30 MPa、5.25 MPa、0.419。利用ANSYS/LS_DYNA软件和物理特性试验结果对甘蔗的切割过程进行了有限元仿真分析。利用软件Design-Expert.V8.0.6.1对有限元仿真数据进行了方差分析、回归分析和响应曲面分析,其分析结果表明,当机器前进速度为0.45 m/s时,刀盘倾角14°～23°、刀盘转速630～670 r/min为最佳参数范围。对甘蔗进行有限元仿真能缩短试验时间,降低试验的成本,为样机的设计提供有效的依据。     

柑橘园仿形割草机切割器的设计与试验

针对山地柑橘园地形地貌复杂、一般刀盘难以作业的问题,设计了一种柑橘园仿形割草机切割器,该切割器采用让刀设计,具有避障功能,可降低障碍物对刀片的损害。通过理论分析和优化设计,建立甩刀对数螺线函数模型。通过台架试验和综合评分法分析得出切割器的最佳组合参数为：刀盘转速为1 900 r/min、刀刃长度为72 mm、刀片数量为4。试验结果显示,与正交试验组中最优值相比,切割器峰值扭矩降低0.38%,一次切割整齐率上升5.43%,所设计的柑橘园仿形割草机切割器满足山地柑橘果园的除草要求。     

气吸式藜蒿去叶机设计与试验

为了解决藜蒿(Artemisia selengensis)人工去叶效率低和成本高的问题,设计了一种气吸式藜蒿去叶机。对气吸式藜蒿去叶机的自动开合夹、自动去叶组件等关键零部件进行设计,并对相关运动参数进行分析,得到各部件之间的运动关系式。试制样机并进行试验分析,通过正交试验得出最佳运动参数为:自动开合夹移动速度为0.120m/s、凸轮转速为50r/min、轴流风机风压为100Pa;样机在此最佳参数下的实验结果表明,该气吸式藜蒿去叶机工作时对藜蒿的夹取率为98%、去叶合格率为89%,具备较好的实用性。     

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%。     

预破碎沙棘脱果机的设计与试验

【目的】针对中国沙棘枝果速冻后结块,阻塞脱果机和脱果效率低的问题,设计了预破碎沙棘脱果机.【方法】利用三维软件Solidworks和二维软件CAD设计整机结构及主要部件,对主要部件进行理论受力分析;采用正交试验设计,对影响脱果机脱果效率与破损率的因素进行分析,确定最优参数组合,并进行工厂试验验证.【结果】脱果中滚筒筛的转速对脱果率与破损率影响极为显著;打散装置转速与敲击装置转速对脱果率与破损率影响不大.各因素对脱果率与破损率的影响程度依次为:滚筒筛转速敲击装置转速打散装置转速.【结论】预破碎沙棘脱果机的最佳工作参数为:打散装置转速为36r/min、滚筒筛转速为239r/min、敲击轴转速为500r/min.脱果率与破损率分别可达到95%和7%.     

立式茎秆切碎装置主要性能参数的试验研究

利用设计的模拟田间作业的立轴式玉米茎秆还田装置试验台,研究了行进速度、刀盘转速、喂入位置、玉米茎秆直径等因素对切碎效果的影响。研究结果表明:该立轴式玉米茎秆还田机在所需的拖拉机的行进速度为0.6～0.8 m/s、动刀盘的转速为1 550～1 600r/min、茎秆的喂入位置靠近定刀部位时的切碎效果最好。     

棉秆切碎还田装置的设计与试验

为南方小面积田块棉秆切碎还田机设计了棉秆切碎还田装置。该装置由切割装置、扶秆装置、除茬装置组成,棉秆由扶秆装置喂入,从上至下依次被切断、除茬。将该装置挂接在土槽试验机上,对影响棉秆切割长度合格率、功耗和除茬率的主要因素,即机具前进速度、锯盘转速和导向槽口宽度进行了单因素试验和回归正交试验。结果表明:影响合格率与除茬率的因素大小依次为机具前进速度、锯盘转速、导向槽口宽度;影响功耗的因素大小依次是锯盘转速、机具前进速度、导向槽口宽度。利用规划求解进行参数优化,在棉杆长度合格率与除茬率分别不低于85%和90%的情况下,锯盘转速为860 r/min,机具前进速度为0.65 m/s,导向槽口宽度为60 mm时,功耗为5.91 k W。     

背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

离心式变量撒肥机的设计与试验

【目的】针对有机肥播撒问题,研究设计了一种离心式变量撒肥机,阐述了该机的结构及工作原理.【方法】对影响撒肥效果的各因素进行了正交试验研究.【结果】当机具前进速度为5.5km/h,链板转速为5r/s,撒肥圆盘转速为540r/min时,得到均匀性变异系数为10.2%,作业幅宽为19.3m,施肥量为1 268.97kg/667m2.【结论】前进速度、圆盘转速及链板转速对有机肥抛撒的均匀性变异系数、幅宽和撒肥量均有影响,撒肥圆盘的转速对作业质量影响极显著,其次为链板转速,最后为机组前进速度.     

链传动水稻穴盘精密播种机的研制

针对机械式水稻精密播种机播种质量差、机构传动复杂及伤种率高等问题,设计一种链传动/输送式水稻播种机。设计的链传动水稻播种机主要由型孔轮式排种器、波纹滚筒式覆土器及链条传动/输送机构等工作部件组成,完成了主要工作部件结构参数的设计计算。样机播种性能试验结果表明:随着生产率的提高,播种合格率下降,伤种率增大,当电机输出转速n0=0.1r/s,排种轮转速n2=0.05r/s时,播种机生产率为360盘/h,播种合格率94.3%,单粒率1.0%,重播率5.4%,空穴率0.3%,伤种率仅0.4%,播种效果最好,试验指标均达到或超过水稻精密播种机试验要求。     

5GZ-800型自行手扶式灌木平茬机的设计与试验

为解决中国北方沙区灌木的平茬问题,设计了一种自行手扶式灌木平茬机.介绍了沙生灌木平茬机的设计要求、工作原理和结构特点及样机的性能试验.使用该灌木平茬机进行灌木平茬作业,留茬高度在8 cm以下,平茬效率为0.1 hm2/h;次年萌发枝条数量平均为平茬前的2倍以上.平茬机底盘的牵引性能试验表明最大牵引力为290 N;连续作业发现机器对沙土表层植被无破坏作用.     

籽瓜收获机割台去草秧装置的设计与试验

【目的】为解决籽瓜收获机械去草秧装置清草效果差,瓜籽含杂率高的问题,设计了一种适用于自走式籽瓜联合收获机的去草秧装置.【方法】阐述了该装置的工作原理和组成结构,并对关键部件打草辊、割刀机构、清草辊的工作参数进行设计与分析.【结果】通过对打草辊打断草秧的力学分析,确定打草辊转速为385 r/min;通过对割刀切割草秧的力学和运动学分析,确定了动刀片切割速度为0.6 m/s;通过对清草辊清草状态的力学分析,确定了清草辊转速为405 r/min;当打草辊转速为385 r/min,割刀动刀片切割速度为0.6 m/s,清草辊转速为405 r/min时,收获机瓜籽含杂率为12.31%.【结论】该去草秧装置结构简单、性能稳定,对自走式籽瓜联合收获机去草秧装置的发展有借鉴作用.