马铃薯清选机关键工作参数的优化分析

随着马铃薯在世界上种植面积的扩大,与其相关的机械设备也得到了快速发展,从马铃薯播种到收获已经基本实现了机械化,但对马铃薯清选分选设备的效率与质量控制研究尚有欠缺且大部分理论研究仍处于实验室阶段。马铃薯在清选分选过程中接料斗的提升角度、一级分选装置的工作角度及二级清选装置的转速是影响马铃薯清选分选效率和破皮率的主要因素。通过理论计算、试验分析及ANSYS Workbench有限元软件动力学分析,对接料斗的提升角度、一级分选装置的工作角度和二级清选装置转速之间的关系进行优化,确定最佳参数组合,以此提高马铃薯清选分选效率,减少马铃薯破皮率和避免物料堆积现象。     

马铃薯二级输送分离装置伤薯试验研究

针对现有马铃薯二级输送分离装置破皮、挤压等伤薯现象严重的问题,对马铃薯输送分离作业机理进行了理论分析,确定了主要影响伤薯性能的作业参数。针对伤薯率等作业指标进行田间二次正交旋转组合试验,通过因素编码、中心化处理和试验结果方差分析,确定了伤薯率和二级输送分离装置倾斜角度、驱动轴转速和垂直距离的影响规律,并判定了显著性因素中影响伤薯率的主次顺序:倾斜角度和转速的交互作用、倾斜角度、垂直距离。田间试验表明:二级输送分离装置伤薯率极大值为1.48%,符合马铃薯收获机质量评价技术规范(NY/T 1130-2006)要求。所获得的试验数据和结论分析可为马铃薯二级输送分离装置的结构改进和参数优化提供参考。     

马铃薯田间集成分选机的研制

针对黏性土壤种植的马铃薯,存在机械收获泥土分离不净、薯秧分离不净、病薯伤薯分离不彻底的问题,根据收获拣选农业技术要求,研制开发出一款分离、输送等为一体的马铃薯田间分选机,适用于马铃薯联合收获机的田间配合作业。该分选线主要由集成分选机、接收料斗、装车机构成,集成分选机主要由分离输送装置、秧薯分离装置、传动系统、机架及地轮等各部分组成。该分选机额定电压为380 V,额定处理能力20～80 t/h,可以完成土薯、茎秆、杂草和病薯的分离,以及薯块输送等作业,大幅度减少用工,缩短收获周期。田间收获分选试验表明:该分选线在田间地头与马铃薯联合收获机配合作业效果好,减少沃土的流失,土薯分离、分级及茎秆分离良好,除秧率和除净率分别高于90%和99%,伤薯率低于1.23%。适用于机械化清选黏性土壤种植的马铃薯,对已收获的马铃薯进行二次分离清选作业。     

辊式导流马铃薯定重装袋机设计与试验

装袋是马铃薯从收获到运输、储藏的重要环节。为解决现有马铃薯装袋机效率低、损伤率高的问题,设计了一种高效、低损的辊式导流马铃薯定重装袋机,主要由支撑装置、分流输送装置、导流装置、撑袋装置和定重装袋装置构成。通过多工位装袋实现了高效,通过辊式导流实现了低损伤。通过对该机关键部件的力学分析和导流过程的运动学分析,确定了影响马铃薯损伤和装袋效率的主要因素为导流仓门角度、输送速度和上料量。以导流仓门角度、输送速度和上料量为试验因素,以破皮率、伤薯率和单口装袋效率为试验指标,进行了二次回归正交旋转组合试验,通过Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行方差分析,通过响应面试验分析了试验交互因素对试验指标的影响规律。利用Design-Expert 8.0.6软件优化模块并结合实际工作情况确定各因素最佳取值,在此基础上进行了试验台验证试验,结果表明：当导流仓门角度为45°、输送速度为0.35m/s、上料量为27t/h时,破皮率为1.8％、伤薯率为1.4％、单口装袋效率为12.4t/h,在该参数组合下辊式导流马铃薯定重装袋机破皮率和伤薯率均较低,且装袋效率较高。     

4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机设计与试验

针对传统一级升运链马铃薯挖掘机土薯分离效果差、人工捡拾铺条劳动强度大的作业难题,设计了4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机。对挖掘机阶梯挖掘铲、两级升运链式土薯分离输送装置及液压开启式集薯箱等关键部件进行设计与选型,并完成其关键参数的计算确定。以样机前进速度、一级土薯分离装置线速度和二级土薯分离升运装置线速度为自变量,以明薯率和伤薯率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与明薯率、伤薯率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明,对明薯率影响的主次顺序依次为二级土薯分离升运装置线速度、样机前进速度和一级土薯分离装置线速度,对伤薯率影响的主次顺序依次为一级土薯分离装置线速度、二级土薯分离升运装置线速度和样机前进速度;马铃薯挖掘机最佳工作参数为:样机前进速度1. 50 m/s、一级土薯分离装置线速度1. 37 m/s、二级土薯分离升运装置线速度0. 89 m/s。验证试验表明,4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机作业后,明薯率为95. 11%、伤薯率为3. 36%,性能试验指标均达到国家行业标准要求,表明在优化工作参数条件下该作业机能够提升马铃薯机械化收获质量。     

拨辊推送式马铃薯收获机设计与试验

针对杆条输送链式小型马铃薯收获机存在果土分离效果差、明薯率低、破皮率较高等问题,设计了一种拨辊推送式马铃薯收获机。对该收获机推送式输送分离装置的作业机理进行了研究,分析确定了输送分离装置的结构和工作参数。以机组作业速度、拨辊转速、拨辊组提升高度为试验因素,明薯率、破皮率为试验指标进行三因素二次正交旋转组合试验,运用DPS数据处理软件进行回归方程显著性分析,优化得出最佳因素组合为:机组作业速度1.0 m/s,拨辊转速60 r/min,拨辊组提升高度150 mm,明薯率为99.01%,破皮率为1.24%。与普通输送分离装置对比试验结果表明:拨辊推送式马铃薯收获机在提高明薯率方面效果明显,在降低破皮率方面略有改善。     

辊式马铃薯分级机设计与试验

针对我国现有马铃薯分级机普遍存在的分级等级少、分级效率差等问题,设计了一种新型辊式马铃薯分级机。对该机器的工作原理进行了阐述。通过理论计算对其关键部件进行设计,确定了分选装置的结构参数;对马铃薯运动过程进行分析,确定出影响马铃薯分级机分级效率和分级精度的因素,利用ADAMS仿真软件对马铃薯分级机分级性能进行仿真试验,得出马铃薯运动位移曲线,与结构理论相吻合。以马铃薯的上料量、辊子转速、提升装置的提升角为试验因素,以马铃薯分级机的分级精度和分级效率为试验指标进行样机试验,试验结果表明:马铃薯的上料量为55 t/h、辊子转速为120 r/min、提升角为24°时,其分级精度为96%,分级效率为53. 7 t/h,满足马铃薯分级机的作业要求。     

基于响应面法的马铃薯分选机参数优化及试验*

为减少马铃薯在分选过程中的跌落损伤,探讨分选机的工作条件对马铃薯跌落损伤的影响,以“荷兰15”马铃薯为试验材料,以马铃薯分选机的输送速度、剔除力、马铃薯的下落高度和含水率为试验因素,以马铃薯的跌落损伤等级为响应值,进行二次回归正交旋转试验,通过Design-Expert 8.0.6软件对试验结果畸形方差分析,并通过响应面探究各试验因素对马铃薯的跌落损伤等级的影响规律,确定马铃薯分选机的最佳工作参数。跌落试验结果表明:对马铃薯跌落损伤等级的影响程度主次顺序为马铃薯含水率、下落高度、输送速度、剔除力。当马铃薯输送速度为0.3 m/s,剔除力为15 N,下落高度为45 cm,含水率为75.36%时,在该参数组合下分选机对马铃薯跌落损伤等级最小。试验所得马铃薯的实际跌落损伤等级为0.84,该结果与马铃薯跌落损伤预测等级具有良好的拟合性。     

横置差速轴流脱分选系统设计与试验

针对横置轴流滚筒长度受限和脱出物在清选筛入口一角堆积严重的问题,设计了以同轴差速脱粒滚筒、圆锥形清选风机、双层振动筛和螺旋板齿式复脱器为主要工作部件的横置差速轴流式脱分选系统。为了提升横置差速轴流脱分选系统工作性能,设计了喂入量为2 kg/s的试验台,采用二次正交旋转组合设计法进行工作性能试验,考察差速滚筒转速组合、圆锥形风机叶片锥度、差速滚筒高低速段长度配比3个因素对损失率、破碎率、含杂率和脱粒功耗4个性能指标的影响。建立了损失率、破碎率、含杂率、脱粒功耗的回归数学模型,利用Matlab优化工具箱对回归数学模型进行了多目标优化计算。结果表明:影响横置差速轴流脱分选系统损失率、含杂率的3个因素主次顺序依次为差速滚筒转速组合、圆锥形风机叶片锥度、差速滚筒高低速段长度配比;影响横置差速轴流脱分选系统破碎率、脱粒功耗的3个因素主次顺序依次为差速滚筒转速组合、差速滚筒高低速段长度配比、圆锥形风机叶片锥度;最优参数组合为:差速滚筒转速组合750、850 r/min,风机叶片锥度3.8°,高速段比例30%;对应工作性能指标为:损失率1.57%、破碎率0.71%、含杂率0.38%,脱粒功耗6.67 k W/kg。田间试验结果表明,横置差速轴流脱分选系统工作性能指标优于行业标准。     

禽蛋壳膜旋风式气流清选装置研究

为减轻废弃蛋壳对环境的污染,提高蛋壳和蛋膜的附加价值,提出了蛋壳蛋膜旋风式气流分选方式。首先,基于Fluent-EDEM耦合模拟研究了旋风式气流清选装置的清选筒直径、直筒段高度等结构参数对清选筒内的流场特性、颗粒轨迹、颗粒分布的影响;其次,根据仿真结果确定了清选筒的基本尺寸,搭建试验台,以筒顶结构、风机转速、喂料机转速和喂入量为试验因素,以蛋膜的清洁率和回收率为试验指标,进行壳膜清选试验;最后,通过正交试验、二次通用旋转组合试验和优化设计,得出了最优因素参数组合。仿真显示:清选筒内流场中心柱状区域速度大、且方向向上,外围速度低、且方向向下,升气管处气压最低,有利于壳膜的分选;增大清选筒筒径会造成蛋壳回流,筒径过小不利于蛋膜收集的清洁率;增加筒体高度导致筒内能量损失过大,蛋膜回收率较低,减小筒体高度导致筒内能量损失小,筒内气流速度较大,蛋膜分选的清洁率低。试验结果表明,锥形筒顶较平顶蛋膜回收率高;物料进口速度过大,则壳膜因离心力大贴着筒壁运动,达不到壳膜分选的效果;当喂入量500 g/s、风机转速2 892 r/min、喂料机转速918 r/min时,蛋膜回收率高于94%,蛋膜清洁率高于96%。验证试验与优化结果相近,优化结果可信。     

自走式马铃薯捡拾装袋机设计与试验

针对马铃薯分段收获中,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高的问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾装袋机。该自走式马铃薯捡拾装袋机能一次性完成马铃薯捡拾、薯土分离、除秧和装袋的工作。阐述了自走式马铃薯捡拾装袋机整体结构,并对捡拾装置、升运链装置、三级输送链装置、分拣台以及卸料装置等关键部件进行详细设计;运用DEM-MBD耦合的方法对马铃薯在两级输送链交接处的运动过程及受力情况进行分析;运用Box-Behnken试验方法,以漏薯率和伤薯率为评价指标,以整机前进速度、捡拾装置输送链线速度、升运链线速度、三级输送链线速度为试验因素,对该机工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型。对回归模型进行优化后,绘制响应面,并得出该机最优工作参数。田间试验表明：当前进速度为0.70m/s、捡拾装置输送链线速度为1.10m/s、升运链线速度为1.20m/s、三级输送链线速度为1.30m/s时,漏薯率为2.82%,伤薯率为3.61%,满足马铃薯捡拾收获作业要求。     

马铃薯挖掘机升运分离过程块茎损伤机理分析与试验

针对马铃薯挖掘机升运过程马铃薯块茎机械损伤严重的问题,通过对马铃薯升运过程进行运动学分析和撞击过程能量学分析,建立了损伤能量的数学模型,确定了影响马铃薯机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。以损伤综合指数和伤薯率为评价指标,以跌落高度、二级升运链倾角和二级升运链线速度为试验因素,进行二次正交旋转回归试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,分析各因素对评价指标的影响规律,根据回归模型进行参数优化。结果表明,当二级升运链线速度1.42 m/s、二级升运链倾角27°、跌落高度220 mm时,损伤综合指数为0.43,伤薯率为3.6%,明显低于未经参数优化的马铃薯挖掘机薯块机械损伤情况,满足马铃薯收获作业要求。     

粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题,设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析,确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素,得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数;以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素,以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验,试验结果表明:二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时,其明薯率为98.1%,伤薯率为1.1%,高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。     

马铃薯联合收获机环形减损集薯升运装置设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机升运输送行程长而导致伤薯率高、破皮率高、机具结构不紧凑等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式,设计了一款适用于马铃薯升运作业的环形减损集薯升运装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,得到影响升运效率和薯块损伤的主要因素,通过DEM-MBD耦合构建薯块和装置模型,得到最优参数组合：升运挡板高度为199.21 mm、升运挡板与升运输送带间夹角为75.86°、相邻两升运挡板间距为240.35 mm。台架试验表明：上料量为24 t/h,升运输送带运行速度为0.8、1.0、1.2 m/s时,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为636.63、593.29、685.63 m/s²,破皮率为1.13%、1.06%、1.21%,碰撞加速度峰值均小于马铃薯临界损伤阈值。田间试验表明：作业速度为0.6、0.7、0.8 m/s时,伤薯率为0.94%、1.06%、1.12%,破皮率为1.09%、1.21%、1.33%,环形减损集薯升运装置运行正常,未出现薯块掉落等现象,各部件配合协调,满足装袋型马铃薯联合收获机高效稳定的作业要求。     

基于EDEM_Recurdyn耦合的马铃薯干式清土装置仿真分析

针对我国马铃薯采后清洗作业方式多为直接水洗,缺少与之配套的干洗预处理环节而极大地影响马铃薯清洗效果的问题。在前期研发基础之上,设计一种基于错位对向搓送组合的马铃薯干式清土装置。利用Recurdyn软件中的柔性模块将毛刷辊转化为柔性体并与EDEM软件耦合建立离散元仿真模型,对马铃薯干式清土装置的清土过程进行数值模拟。以马铃薯干式清土装置的毛刷辊转速、橡胶链杆转速、喂入量为试验因素,以马铃薯在装置内的碰撞次数和受力为评价指标,分析物料输送的顺畅性和物料损伤程度的变化。仿真结果表明:当喂入量3 t/h、橡胶链杆转速25 r/min、第1、3刷辊转速为40 r/min、第2、4刷辊转速为56 r/min时,马铃薯输送流畅性较好,碰撞受力较小。根据仿真结果进行验证试验,结果与仿真结果基本一致,研究结果可为马铃薯干式清土装置后续试验优化提供理论依据。     

基于EDEM的鱼苗分选机设计与工作参数优化

针对工厂化水产养殖工程中,需要对不同生长阶段的鱼苗按照大小进行高效率、高准确率的分级,进而实现分池养殖的需求,设计了一种辊道式鱼苗分选试验样机。采用离散元软件建立了鱼苗-机械部件耦合仿真模型,以分选机的工作参数作为试验因素,以分选效率、分鱼准确率作为评价指标,进行仿真,并通过试验验证了仿真结果的准确性;基于建立的耦合仿真模型,进行了单因素及多因素正交影响仿真分析,确定了各工作参数的主次顺序及最优的参数组合。结果表明,各因素对分鱼准确率和分选效率影响的主次顺序均为辊道倾角、进鱼量和辊道转速。以提高分鱼准确率和分选效率为原则,运用Design-Expert 8.0.5软件进行了参数优化,确定了最优组合为:辊道转速138.40 r/min、辊道倾角10.47°、进鱼量3.00尾/s。研究结果可为鱼苗分级设备的优化设计提供重要参考。     

基于离散元的马铃薯分选装置运行参数优化与试验

在马铃薯输送与分选过程中，针对机械损伤引起表皮破损导致储存时极易腐烂变质的问题。通过对马铃薯的碰撞分析确定马铃薯损伤的影响因素，获取分选装置运行参数的取值范围，并以伤薯率为评估指标，以输送带速度、仿形滚轮移动速度、马铃薯滑落落差为试验因素进行离散元仿真分析的二次正交旋转回归试验，分析各因素对评估指标的影响规律。参数优化结果表明，输送带速度为0.32 m/s，马铃薯滑落落差为103.5 mm，仿形滚轮移动速度为0.49 m/s时，最低伤薯率为1.98%。经试验验证，满足马铃薯收获分选时的国家标准和行业标准需求，可为同类型的马铃薯机械的设计和优化提供技术参考。     

马铃薯料斗机除杂装置设计与试验

针对马铃薯料斗机除杂装置除杂过程中马铃薯伤薯率高、除杂质量低的问题,通过进行马铃薯除杂过程动力学分析和马铃薯与土壤分离的条件分析,并结合除杂辊转动摩擦除杂的原理,确定了影响马铃薯除杂作业质量的主要因素及各因素的试验取值范围。以马铃薯伤薯率和除杂率为评价指标,以除杂辊间距、装置倾角和除杂辊转速为试验因素,进行了二次旋转正交回归试验,建立了各因素与试验指标间的回归数学模型,分析了各因素对评价指标的影响规律,并进行参数优化。结果表明,当除杂辊间距为125 mm、装置倾角为10°、除杂辊转速为112 r/min时,马铃薯除杂作业的伤薯率为0.65%、除杂率为96.03%,与未经参数优化的料斗机相比,伤薯率减少0.12个百分点,除杂率提高0.63个百分点,该装置能较好地满足马铃薯仓储作业的要求。     

统收式采棉机清选装置试验研究

为提高统收式采棉机清选装置的分选性能,针对棉花含杂率较高、损失率较大等问题,设计了一种统收式采棉机清选装置。首先,阐述了该机的整体结构和工作原理;然后,根据理论分析及前期试验确定以喂入量、钉齿滚筒转速转速、栅条间距为试验因素,棉花含杂率与损失率为目标值,利用SPSS数据处理软件对其目标值进行极差和方差分析。结果表明:较优参数组合为喂入量1.80kg/s、钉齿滚筒转速300r/min、栅条间距10mm,影响含杂率和损失率的显著顺序分别为钉齿滚筒转速>栅条间距>喂入量、栅条间距>钉齿滚筒转速>喂入量。试验验证结果表明:棉花含杂率和损失率试验验证平均值分别为5.30%、2.17%,符合农艺要求。试验结果可为统收式采棉机清选装置的设计提供理论依据。