棉秆起拔力的影响因素与试验研究

为了探讨棉秆直径、土壤条件(土壤含水率与土壤坚实度)、棉秆起拔角度对棉秆起拔力的影响,设计了一种简易棉秆起拔力测量装置并在田间对棉秆进行了起拔阻力测试试验。以棉秆直径、土壤条件为影响因素对棉秆起拔力分别进行单因素试验分析,并在单因素试验的基础上,采用二因素三水平正交试验方法,研究分析了棉秆起拔角度、土壤环境条件对棉秆起拔力的影响。试验结果表明:棉秆起拔力随着棉秆直径的增大而增大,并呈正线性相关关系;棉秆起拔角度、土壤条件对棉秆起拔力影响显著,主次顺序为棉秆起拔角度、土壤条件;试验条件下最佳起拔角度为30°,最佳土壤条件为土壤含水率16.8%、土壤坚实度330kPa。该研究为棉秆收获机械的设计及其作业时间提供了参考,有利于减少功率消耗及提高棉花秸秆的收获效率。     

棉秆拉拔阻力的研究

为研究收获期的棉秆根部直径和土壤硬度对棉秆拉拔阻力的影响,为棉秆拔秆收获机械的设计和使用提供参考依据,在山东省无棣县棉花生产全程机械化示范基地进行了棉秆拔秆试验,采集了棉秆拉拔阻力、根部直径和土壤硬度的数据。试验结果表明:在较长时间跨度里,棉秆的拉拔阻力变化很大,呈先增大后减小的趋势。已采集的6批次数据中,第2批次(2014.12.26)棉秆拉拔阻力最大,单株棉秆最大拉拔阻力为1031.6N,平均拉拔阻力为679.0N;第6批次(2015.03.21)棉秆拉拔阻力最小,单株棉秆最大拉拔阻力达到471.1N,平均拉拔阻力为340.76N。对采集的数据进行的回归分析表明:同批次的棉秆拉拔阻力与棉秆根部直径成正相关关系,直线回归关系不显著;同批次的棉秆拉拔阻力土壤硬度成正相关关系,直线回归关系不显著。     

棉秸秆力学特性和拉拔阻力研究

棉秆力学特性是研究棉秆收获机械的理论基础。为此,通过采集不同时期的棉秆,测定力学性能和物理性能;通过典型相关性分析,研究棉秆的物理性能与力学特性的关系;采用线性回归模型分析棉秆起拔力、土壤紧实度、棉秆直径及棉秆含水率的关系,对模型进行优化并建立棉秆的起拔力模型。试验结果表明:抗拉强度在含水率最高为61%时达到最大值37.65MPa,当含水率在在15%～50%之间,棉秆的抗拉强度变化不大,平均抗拉强度集中在21.5～25.8MPa之间;对于抗弯强度,在含水率在为15%时达到最高值33MPa,当含水率在25%～55%之间,棉秆的抗弯强度变化不大,平均抗弯强度集中在23.5～27MPa之间;对于棉秆起拔力,在土壤紧实度为最低的3.3kg/cm时达到最小值340.7N,棉秆的起拔力随着土壤紧实度的降低而减小。通过典型相关性分析可知:棉秆的弯曲破坏载荷及拉伸破坏载荷与棉秆的直径和棉秆的含水率都有着显著的相关性,且棉秆直径对弯曲和拉伸破坏载荷的影响远大于含水率对棉秆拉伸和弯曲破坏载荷的影响;含水率与棉秆的抗拉强度呈正相关,与抗弯强度呈负相关。对棉秆的起拔力与棉秆含水率、棉秆直径及土壤紧实度进行多元回归分析,得到棉秆起拔力与棉秆直径以及土壤紧实度的模型为y=-111.73707+45.39254x_1+23.89125x_2,其拟合优度为0.81,可用于对棉秆起拔力的预测和拔棉秆机的设计研究。该研究对于推进棉秆机械化回收发展具有重要的指导意义。     

棉秆起拔力关键因素的研究与试验

棉秆起拔力的研究为设计棉花拔秆收获机械提供了一个重要参数依据。对棉秆起拔力的影响因素主要有棉秆直径、土壤含水率及起拔角度等因素。试验地点在新疆库尔勒尉犁县的试验田中进行,棉秆品种为新陆早45号,以棉秆直径和土壤含水率为影响因素进行单因素试验。分别在土壤含水率为25.3%、21.2%、15.8%,起拔角度为30°、45°、60°,起拔线速度为114.9、153.4、192.1mm/s条件下,进行三因素的试验组合。试验结果表明:随棉秆直径变大,棉秆起拔力呈上升趋势。组合试验结果显示:起拔角度对棉秆起拔力影响最为显著,土壤含水率比棉秆的起拔线速度影响显著;试验范围内的最佳起拔角度为30°,最佳含水率为25.3%,最佳起拔线速度为192.1mm/s。试验研究结果可以为棉秆机械收获机构的设计提供参考,也可作为棉秆力学研究的试验装置。     

基于响应曲面法的移动式棉秆拔取力测试装置设计及试验研究

针对目前我国棉秆资源利用率低下,棉秆回收机械急需深入发展等问题,设计一种移动式棉秆拔取力学参数性能测定装置。以起拔阻力F作为响应指标,基于响应曲面分析法,利用Design Expert软件设计三因素三水平试验,选取起拔角度、机具前进速度、土壤含水率为影响因素,建立响应面三维模型,得出:棉秆起拔角度、土壤含水率、前进速度的p-vaule分别为0.001 6、0.006 4、0.002 3都小于0.05。各试验因素对棉秆起拔力影响显著顺序为起拔角度前进速度土壤含水率。大田试验结果表明棉秆测力装置最佳的起拔条件:前进速度为1.0 m/s,土壤含水率17.86%,棉秆起拔角度30.03°,平均起拔力为343.764 N,误差小于5%,该装置为棉花秸秆收获机械的研究提供依据及实验参考。     

棉秆拔取力测试装置正交优化分析研究

针对目前我国棉秆资源利用率低下、棉秆回收机械急需深入发展研究等问题,设计了一种移动式棉秆拔取力学参数性能测定装置。在静置状态以土壤含水率、起拔角度和起拔线速度为影响因素,利用Design Expert软件设计三因素三水平试验,结果表明:棉秆起拔角度、土壤含水率、起拔线速度的P-vaule分别为0.00539、0.01949、0.02759,均小于0.05。极差分析表明:棉秆的影响因素由大到小的次序为起拔角度、土壤含水率、起拔线速度。大田试验结果表明:棉秆测力装置最佳的起拔条件为线速度119.2mm/s、土壤含水率25.3%、棉秆的起拔角度30°,此时平均起拔力为363N。该装置可为棉花秸秆收获机械的研究提供依据及试验参考。     

前置式皮带夹持输送棉秆起拔机设计与试验

为解决棉秆起拔机拔断率高、起拔后铺放散乱的问题,基于带夹原理设计了一种前置式皮带夹持输送棉秆起拔机。该机关键部件为起拔输送机构,作业时通过皮带将棉秆夹持拔出,随后将其输送至机具一侧,有序铺放到地面上。首先分析棉秆起拔过程中产生漏拔及拔断的原因,其次进行拔秆机理理论分析,确定影响拔秆效果的主要因素及其取值范围。在棉花高度为750mm、根部直径为10mm、棉秆含水率为25%~35%的试验地进行正交试验,进一步研究各影响因素对棉秆起拔效果的影响。试验结果表明,优化后的参数组合为机具前进速度2.27km/h、张紧量71.26mm、主动轮转速244.98r/min,此时棉秆拔断率为3.53%,棉秆漏拔率为5.09%。验证试验表明,在参数组合为机具前进速度2km/h、张紧量70mm、主动轮转速250r/min条件下,棉秆拔断率为3.67%,棉秆漏拔率为5.32%,与优化值相对误差均小于5%,证明样机设计合理,满足棉秆整株起拔的作业要求。     

皮带夹持式拔棉秆装置设计与试验

为提高棉秆起拔率,实现棉秆的整株拔取,设计了一种皮带夹持式拔棉秆装置,主要由前悬挂装置、分禾器、起拔输送装置以及液压系统构成。机具关键部位为起拔输送装置,作业时通过皮带夹持将棉秆拔出,随后输送皮带将拔起的棉秆输送至机具一侧,并有序地铺放在地表上。在单因素试验基础上,以前进速度、主动轮转速、拔秆高度为影响因素,以棉秆拔断率和漏拔率为试验指标,开展三因素三水平正交试验。试验结果表明：较优工作参数组合为主动轮转速250r/min、拔秆高度80mm、前进速度2km/h,在此工作参数组合下,棉秆拔断率为3.83%,棉秆漏拔率为5.93%,满足拔秆作业要求。研究结果可为后续棉秆收获机的研究提供参考。     

棉秆结构组成与横纹抗压强度的关系

为了有效开发利用棉秆资源,测定了不同直径、不同离地高度、不同蒸煮温度及不同含水率棉秆的横纹抗压强度和结构组成,结果表明:棉秆的表皮所占质量比为22.77%～36.57%,木质部为56.72%～77.02%,髓芯为0.14%～6.7%;测得棉秆的横纹抗压强度在11.69～3.15MPa之间,并随着直径的增加而增大,随着离地高度、蒸煮温度和含水率的增加而减小.这一结果为棉秆碾压梳解机的设计提供了基础数据.     

棉秆弯曲和拉伸力学特性试验

以"中棉所50"棉秆为试验材料,设计棉秆弯曲与拉伸试验,通过试验测定棉秆抗弯强度、抗拉强度和含水率的变化规律,并进行相应的分析。试验结果表明:棉秆试样最大弯曲破坏载荷为265.43N,最小弯曲破坏载荷为142.60N,最大抗弯强度为33.00MPa,最小抗弯强度为15.09MPa,棉秆抗弯强度与含水率总体呈负相关;棉秆试样最大拉伸破坏载荷为4 245.10N,最小拉伸破坏载荷为2 529.65N,最大抗拉强度为38.47MPa,最小抗拉强度为21.79MPa,棉秆抗拉强度与含水率总体呈正相关;同一批次的棉秆试样拉断破坏载荷是弯断破坏载荷的29.8~10.9倍,含水率越高,则相差越大。     

齿盘式多行拔棉秆装置拔秆过程分析与参数优化

为解决拔棉秆机漏拔、拔断、拔净率低等问题,基于电液控制技术设计了齿盘式多行拔棉秆台架并开展试验研究。采用ADAMS软件进行齿盘式拔棉秆装置运动仿真分析进而揭示拔秆机理;利用试验台架的调速比模式和调转速模式,通过单因素和多因素试验研究齿盘圆周线速度、拖拉机前进速度及齿盘圆周线速度与拖拉机前进速度之比(以下简称速比)对棉秆拔净率、拔断率和漏拔率的影响。试验结果表明,调速比和调转速2种模式的齿盘式多行拔棉秆台架满足设计要求,可开展多种条件下拔棉秆试验研究;齿盘对棉秆起拔力大小、方向及夹持时间影响拔秆效果,棉秆被夹持时间小于起拔时间易导致棉秆断裂,一定程度上增大齿盘圆周线速度有助于减少漏拔;速比、齿盘圆周线速度对棉秆拔净率、漏拔率和拔断率均有极显著影响,其中速比是影响棉秆拔净率最关键因素;速比最佳范围为0. 55～0. 80,齿盘圆周线速度最佳范围为0. 24～1. 10 m/s;齿盘倾角为6°、拖拉机前进速度为0. 85 m/s、速比0. 75时,棉秆拔净率最高,为93. 89%,满足设计要求,此时拔断率为4. 43%,漏拔率为1. 68%。     

粉碎棉秆含水率对压缩成型的影响

对切碎棉秆采用电子万能试验机进行轴向压缩试验研究。结果表明:棉秆颗粒的含水率影响粉碎棉秆成型效果和成型块品质。棉秆颗粒的最优含水率应控制在10%～13%的范围内。含水率<7%成型块不密实,品质较差;含水率>16%会发生卸载的现象,不能成型。     

夹持辊式棉秆拔取装置设计与试验

针对现有棉秆收获机械拔断率、漏拔率高,作业时需对行等问题,设计了一种夹持辊式棉秆拔取装置。该装置主要由棉秆拔取机构、棉秆输送机构组成,通过对棉秆拔取机构作业过程进行运动学与动力学分析确定了各零部件的结构参数与工作参数。为了验证棉秆拔取装置工作的可靠性与作业性能,以机具前进速度、上拔秆辊转速、机具前进速度与拨秆轮线速度比值(简称速比)作为试验因素,棉秆拔断率、漏拔率为试验指标进行了三因素三水平二次回归响应面试验,建立了回归模型,分析了各因素对棉秆拔取装置作业性能的影响,并进行了参数优化与试验验证。试验结果表明：影响棉秆拔断率的因素主次顺序为上拔秆辊转速、机具前进速度、速比;影响棉秆漏拔率的因素主次顺序为速比、机具前进速度、上拔秆辊转速。优化后的工作参数为：机具前进速度0.60 m/s、上拔秆辊转速46 r/min、速比0.50,以此参数组合进行田间试验,得到棉秆拔断率为3.68%,漏拔率为5.19%,与理论优化值相对误差不超过5%,研究结果可为棉秆拔取装置的设计提供参考。     

成熟期马铃薯秧拔取力及影响因素研究

为了研制马铃薯秧收获机械,探讨马铃薯秧收获方式,以成熟期品种中薯8号马铃薯秧为试验材料,在试验田中用指针式推拉力计测量马铃薯秧的拔取力,用土壤硬度计测量对应马铃薯样本的土壤硬度,并将对应样本处土壤进行采样,测量土壤含水率,使用软件对试验数据进行线性拟合,探讨马铃薯秧拔取力与马铃薯秧的质量、土壤硬度、土壤含水率之间的线性关系。结果表明:马铃薯秧的质量对拔取力影响显著,马铃薯秧的质量越大,拔取力越大;土壤硬度、土壤含水率对拔取力的影响不显著。试验结果为建立马铃薯秧拔取过程的力学模型提供了理论依据,对马铃薯秧回收作业机收获方式的确定等具有一定的参考和指导意义。     

一种夹持链式新疆棉秆起拔机的设计

棉秆的回收利用对于棉花产业发展至关重要。本文针对新疆棉花（66+10）cm的宽窄行种植模式，设计了一种夹持链式新疆棉秆起拔机。该机具采用波浪齿状的夹持链条对棉秆进行夹持起拔，并辅以拨秆轮和导向板来收获棉秆。通过对起拔机主要部件的受力计算，并运用Simulation对起拔机关键部件进行静力学仿真分析，得到了主要部件的应力、应变分析图。结果显示：起拔链条的最大应力为341.6 MPa，低于材料屈服强度极限；最大形变位移为0.34 mm，符合材料强度要求。本文提供了一种新颖的棉秆起拔机设计方案，可为新疆棉花收获机械研发提供理论依据和技术支撑。     

棉秆剪切力学特性的研究

以新疆棉花主要种植品种新陆早的秸秆作为试验材料,10mm/min的加载速度,在万能试验机上对收获期的棉秆进行剪切力学特性试验。试验结果表明:棉秆根部、中部、顶部的平均峰值切割力范围分别为3.16~3.55kN、1.82~2.08kN、0.70~0.88kN;影响棉秆破坏载荷的关键因素为棉秆直径;棉秆破坏载荷随含水率增加先减小后增大,含水率在17%时破坏载荷最小,由此可以确定此时进行棉秆收获或粉碎还田最适宜。     

成熟期大蒜茎秆力学特性的试验研究

针对大蒜联合收获机设计时缺乏必要的数据支持等问题,对成熟期大蒜茎秆力学特性进行了试验研究。采用农业田间数理统计方法对大蒜的几何特征进行分析,得出了大蒜主要几何特性指标值的变化区间和分布频率;利用万能试验机及拉伸试验对成熟期大蒜茎秆抗拉强度、挤压强度、起拔力等力学特性进行测试,研究了茎秆直茎、含水率、加载速度对大蒜茎秆拉断力的影响;应用Design-Expert软件分析,得出了松土位置参数优化组合。结果表明:直径对大蒜茎秆的拉断力影响最大,其次是含水率,最后是加载速度;大蒜最小起拔力的最优组合为挖掘深度9~18cm和挖掘距离2~10cm,所需起拔力小于53.1N,不会发生漏收现象;大蒜茎秆的挤压强度平均值是0.78MPa,所以在设计皮带夹持过程中挤压强度最大不能超过0.72MPa,为研制大蒜联合收获机关键装备提供了基础理论依据。     

深松后精少量播种与直接免(少)耕精少量播种的对比试验研究

一、试验基本情况 (一)试验条件 试验地点选在淮阴县原种场,试验田块为粘土质,稻茬地,已有10多年没有进行深翻作业,土壤比较板结。土壤的绝对含水率(干基)为24.9％,0～20cm的土壤全层平均坚实度为23.67kgf/cm~2,田面植被为30丛/m~2,茬口高度约14cm。 (二)试验样机 试验用深松机是由清江拖拉机集团提供的ISQ—240型全方位深松机,配套动力为江苏654型拖拉机,试验用播种机为南通农机总厂生产的半精量播种机。     

压捆试验平台及其测试系统的设计与试验

为研究在开式压缩过程中,棉秆物理特征参数(棉秆含水率、棉秆切断长度)和压捆机构的工艺参数(棉秆喂入量、压缩活塞频率)与棉秆压捆时的功率消耗、压缩活塞拉压力、压缩室压力和压捆密度的关系,设计了一种基于侧喂入打捆机的压捆试验平台及其测试系统。通过对打捆机的改造,在主轴处添加扭矩传感器、曲柄滑块机构的连杆处添加拉压传感器、压缩室处添加压力传感器,使其能够一次性实时检测棉秆在开式压缩过程中打捆机主要零部件的运动学及动力学参数,并通过数据采集系统将试验数据以Excel表格和波形图的形式保存下来。分别进行单因素和多因素正交试验,单因素试验结果表明:棉秆切断长度为25cm、喂入量为3.5kg/s、压缩频率为90Hz、含水率为30%时,压捆功率消耗、压缩活塞拉压力和压缩室压力相对较小,且压捆密度相对较大。多因素正交试验结果表明:各因素对压缩活塞拉压力和压缩室压力影响最大的是棉秆切断长度,其次为含水率,喂入量和压缩频率对其的影响差不多;各因素对压捆密度影响程度从大到小依次为含水率、棉秆切断长度、压缩频率、喂入量,且当含水率为30%、喂入量为2.5kg/s、压缩频率为90Hz、棉秆切断长度为20cm时,棉秆压捆密度最好。     

夹持带式棉秆收获机设计与试验

为降低棉秆收获时的拔断率，提出双柔性带裹夹拉拔的收获方式，设计了夹持带式棉秆收获机，该机4个带轮交叉放置，延长了带夹路径与时间，从而避免因棉秆未完全拔出而导致的漏拔。通过正交试验研究带夹部件各因素对棉秆收获效果的影响，建立以漏拔率和拔断率为响应值的多元二次回归模型，并进行了工作参数优化与大田验证试验。结果表明，当带轮1转速为272.3r/min、拉拔角为38.65°、机具前进速度为2.5km/h时，模型得到的漏拔率为1.85%、拔断率为7.72%；验证试验得出：在前进速度2.5km/h、拉拔角40°和带轮1转速270r/min时，漏拔率为6.84%，拔断率为9.98%，与优化值相近，说明所构建的模型合理，夹持带式棉秆收获机满足相关设计要求。