卧式切碎装置切碎效果的试验研究

为了提高玉米收获过程中茎秆切碎合格率,采用正交试验、因素互作试验相结合的方式,对其影响因素进行了分析和优选,研究了因素间相互作用关系。试验表明,切碎效果较佳时各项参数为:割刀开始切碎位置位于强制拉茎段起始前端,喂入位置偏向摘穗辊高辊一侧,行进速度为1~1.2m/s,割刀的转速为2 000r/min,摘穗辊转速为700r/min;摘穗辊转速分别与喂入速度和割刀转速存在交互作用。     

油菜联合收获机切抛组合式纵轴流脱离装置设计与试验

针对传统油菜联合收获机链耙式输送器输送距离长、且易引起油菜高粗茎秆堵塞的问题,设计了一种切抛组合式纵轴流脱离装置,实现油菜的强制喂入、切断抛送、脱粒分离功能于一体,整机关键部件全部采用液压驱动,可保证其无级调速和运转平稳。通过对茎秆的运动学与动力学分析,确定了喂入辊、切碎滚筒和脱粒滚筒的结构参数与工作参数,以夹带损失率和功耗等为评价指标,开展了切碎滚筒转速、脱粒滚筒转速和脱粒间隙的正交试验。正交试验结果表明:较优参数组合为切碎滚筒转速450 r/min、脱粒滚筒转速450 r/min、脱粒间隙30 mm,此时夹带损失率为0. 415%,脱出物短茎秆质量分数为10. 43%,切碎滚筒和脱粒滚筒总功耗为4. 16 kW,排草口茎秆平均长度134. 8 mm,对应的旋风分离清选系统籽粒总损失率为6. 13%、清洁率为91. 97%。田间试验表明,切抛组合式纵轴流脱离装置能实现物料由割台至脱离装置的均匀连续输送和脱粒分离功能,可满足油菜联合收获机的作业要求。     

鲜食玉米果穗收获负压除杂装置参数优化与试验

针对现有鲜食玉米收获机在收获果穗时，果穗中含有茎叶等杂质，影响运输、贮存和后续加工等问题，采用轴流风机负压除杂技术去除果穗中的茎秆和茎叶等杂质，同时在除杂装置内增加动、定刀，切碎杂质，便于后续的打包回收利用，并对风机负压除杂装置进行了性能分析和参数优化。通过对动、定刀进行动力学分析，对动、定刀数和刀间隙进行分析，确定了该装置的风机转速范围为1326~1573r/min，动、定刀间隙20mm，定刀数为3~8。采用二次回归正交组合试验方案，以风机转速、定刀数、喂入量为试验因素，以果穗含杂率和茎秆切碎长度合格率为试验指标进行台架试验，通过分析各因素对指标贡献率，得到影响茎秆切碎长度合格率的主次顺序为喂入量、风机转速、定刀数，影响果穗含杂率的主次顺序为风机转速、喂入量、定刀数。建立了参数优化数学模型，利用Optimization模块优化得出，当风机转速为1524r/min、单排定刀数为4、喂入量为7.6kg/s时，茎秆切碎长度合格率为96.8%，果穗含杂率为0.69%。对优化后的参数组合进行了5组验证试验，得到茎秆切碎长度合格率平均值为96.2%，果穗含杂率平均值为0.71%。相比于传统收获机，该装置使果穗含杂率降低了23.3%，说明该优化参数能够满足鲜食玉米果穗收获和茎叶青贮相关技术要求。     

青贮玉米饲料籽粒破碎试验台设计与试验

为研究青贮玉米籽粒破碎机理,采用理论计算、三维建模和性能试验相结合的方法,设计喂入速度、破碎辊转速和对辊间隙等参数可调的青贮玉米饲料籽粒破碎试验台,主要工作部件包括喂入碾压机构、切碎滚筒装置和对辊式籽粒破碎装置,可对全株青贮玉米一次性完成秸秆传送、喂入压平、切碎抛送和籽粒破碎等工作流程。试验结果表明:当喂入速度为2 m/s、上破碎辊主轴转速为2 600 r/min时,秸秆切碎长度为21.79 mm,切碎长度合格率为95.9%,籽粒破碎率为96.3%,各项指标均符合国家标准和行业标准要求,可为籽粒破碎装置的设计提供理论依据和技术参考。     

王草收获机滚筒破碎装置设计与试验

根据王草分蘖能力强、生物量大、含水率高的特点,基于王草机械化收获的农艺要求优化设计了一种4排人字形滚筒破碎装置。通过理论分析及计算确定了破碎装置主要结构及参数,通过单因素试验与二次正交旋转组合试验研究了喂入辊转速、破碎辊转速对茎秆破碎合格率、平均长度的影响,采用Design-Expert软件对试验结果进行了响应面分析、回归分析及目标优化,得到试验因素与评价指标间的回归方程,并获得最佳参数组合。结果显示：通过单因素试验确定喂入辊、破碎辊的转速范围分别为380~480r/min、750~950r/min;通过二次旋转正交试验及目标优化得到最优参数组合为：喂入辊转速416.5r/min、破碎辊转速950r/min,此时茎秆破碎合格率为98.30%、破碎茎秆平均长度为29.04mm;台架试验及整机田间收获试验表明,该装置破碎效果均匀,茎秆破碎合格率达98%,破碎茎秆的平均长度小于30mm,满足滚筒式破碎装置设计要求。     

喂入角对玉米茎秆切碎效果的试验分析

搭建了喂入角可调式玉米摘穗切茎试验台,对影响玉米植株切碎合格率的主要因素进行了正交试验,较优组合为喂入角90°、行进速度0.7m/s、摘穗辊转速1 000r/min、动刀轴转速1 980r/min、喂入角对其有显著影响:喂入角0°时,玉米植株运动发生90°转向,出现严重喂入不畅,切碎合格率约为72.8%;喂入角30°时,在喂入过程中,依然有喂入不畅通,产生间歇性,影响了茎秆切碎效果,切碎合格率约为87.6%;喂入角90°时,摘穗辊旋转有助于玉米植株的喂入及切碎,切碎合格率约为97.6%。同时,通过分析玉米植株受切运动,推导出数学模型,并运用高速摄像技术对运动轨迹进行同步捕捉追踪,经MatLab拟合处理,找到了喂入角对切碎效果影响的关键因素。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

玉米穗茎兼收割台切碎装置参数优化

针对玉米穗茎兼收割台的需求,设计了一种横置滚筒式茎秆切碎装置,并对其切碎性能及割台摘穗性能进行了试验研究。通过对切碎装置工作原理的分析,确定在拉茎速度与切碎滚筒转速比值一定的条件下,以机器作业速度、动刀切割前角、切碎滚筒转速为自变量,以玉米果穗损失率、籽粒破碎率、籽粒损失率、茎秆平均切段长度和几何标准差为试验指标,利用Box-Benhnken Design中心组合试验设计原理,进行了3因素3水平正交旋转组合田间试验,利用Design-Expert软件对试验结果进行了响应面分析和回归分析,得到试验指标与试验因素间的数学模型。试验结果表明：机器作业速度和切碎滚筒转速与5个试验指标有二次非线性关系,动刀切割前角仅与茎秆平均切段长度、几何标准差有二次非线性关系,因素的交互项中仅机器作业速度与切碎滚筒转速的交互项对籽粒破碎率、茎秆平均切段长度有显著影响。对切碎滚筒转速进行圆整,得到最优参数组合为：机器作业速度为1.35m/s,动刀切割前角为52°,切碎滚筒转速为1350r/min,此时果穗损失率为1.1%,籽粒破碎率为0.23%、籽粒损失率为0.74%、茎秆平均切段长度为30.73mm、几何标准差为1.28。与田间试验结果对比可知,回归模型有很好的可靠性。将最优组合试验结果与优化前的参数组合（机器作业速度为1.11m/s,动刀切割前角为53°,切碎滚筒转速为1657r/min）得到的结果进行比较可知：优化后较优化前果穗损失率降低0.4%,籽粒破碎率降低0.784%,籽粒损失率降低1.318%,茎秆平均切段长度缩短12.20mm,几何标准差减少0.34。优化后试验指标低于标准规定的指标值,满足设计要求。     

穗茎兼收型玉米收获机茎秆切碎与输送装置设计与试验

针对玉米收获时秸秆回收困难、利用率低的问题,设计了一种穗茎兼收型玉米收获机,对茎秆切碎和输送装置进行了详细设计。通过比较,采用转子铣刀切割器作为茎秆切断装置,运用ANSYS/LS-DYNA对转子铣刀刀片厚度、转速、刃角进行了三因素三水平的正交试验, 试验表明铣刀转速为1400r/min、刀片厚度为7mm、刃角为20°时功耗最小;设计了具有不同齿形和转速的单层多辊式输送器,并通过理论分析建立了4输送辊线速度之间的关系;对茎秆切碎装置进行了设计,确定动定刀位置和理论切碎长度。最后对样机进行了田间试验,结果表明：实际茎秆切碎长度与理论切碎长度无显著差异（P≤0.05）,样机各项指标满足设计和行业相关标准要求。     

玉米收获机割台砍劈式茎秆粉碎装置设计与试验

在保证玉米秸秆粉碎长度合格率的前提下,为了增加茎秆的破碎程度、加快秸秆还田后的分解速率,基于玉米茎秆的力学特性,设计了一种可以安装在玉米收获机割台下方的茎秆粉碎装置。通过理论分析得到影响粉碎效果的作业参数和结构参数,选取茎秆粉碎装置的刀轴转速、安装角、刀尖倾角为试验因素,以秸秆粉碎长度合格率和秸秆破碎率作为评价指标,进行了单因素及二次正交旋转组合试验。采用响应曲面法对试验结果进行分析,运用Design-Expert软件的多目标优化算法进行参数优化。结果表明:各因素对秸秆粉碎长度合格率的影响程度由大到小依次为:刀轴转速、刀尖倾角、安装角,各因素对秸秆破碎率的影响程度由大到小依次为:刀轴转速、安装角、刀尖倾角;该装置最优参数组合为:刀轴转速1 090 r/min、安装角41°、刀尖倾角83°。田间验证试验表明,秸秆粉碎长度合格率和秸秆破碎率分别达到90.21%和85.78%,远高于目前甩刀式茎秆粉碎装置的作业效果。     

谷物脱粒-秸秆粉碎一体机的设计与试验研究

针对新疆南疆地区谷物秸秆利用率低、无法实现谷物脱粒和秸秆粉碎一体化作业等问题,研制了一种谷物脱粒-秸秆粉碎一体机,主要由喂入装置、脱粒装置、粉碎装置和清选装置组成。喂入装置的设计可以防止物料在储料凹腔中发生堵塞,提高了喂入效率。以滚筒转速、脱粒间隙为试验因素,以未脱净率为试验指标进行正交试验,结果表明:影响脱净率的较优组合为脱粒滚筒转速500r/min、脱粒间隙15mm,此时脱净率为98.97%。通过单因素试验确定了风机转速为1000r/min时,洁净率可以达到99.1%;当粉碎装置的粉碎室转子转速为1500r/min时,秸秆切碎长度合格率为91.47%。研究成果对于谷物脱粒秸秆粉碎一体机的设计和研发具有一定的参考价值。     

纵轴流玉米脱粒分离装置喂入量与滚筒转速试验

在玉米籽粒直收过程中,脱粒滚筒转速与联合收获机的额定喂入量相匹配才能发挥出最佳的作业效果。为了获得不同喂入量时玉米联合收获机最优的滚筒转速范围,设计了一种零部件可更换、结构参数和工作参数均可调的纵轴流玉米脱粒分离装置,并在自主研制的试验台上以脱粒滚筒转速、喂入量为影响因素,以籽粒破碎率、未脱净率为性能指标进行玉米脱粒试验。通过台架试验、回归分析和单变量求解,最终确定了不同喂入量的最优滚筒转速范围:喂入量为8 kg/s时,最优的滚筒转速为254~486 r/min;喂入量为10 kg/s时,最优的滚筒转速为278~466 r/min;喂入量为12 kg/s时,最优的滚筒转速为313~445 r/min。在以上条件下籽粒破碎率均小于5%,未脱净率小于2%,达到了国家和相关标准的要求。     

油菜联合收获脱粒损失试验研究

目前,油菜联合收获机损失率高,严重影响机械化推广,而脱粒损失占很大的比重。针对由于脱粒装置各项参数没有良好的配合使脱粒损失偏高的问题,在研发的移动式脱粒清选试验台上,以喂入量、脱粒间隙、滚筒转速和脱粒元件形式4个因子为影响因素,以脱粒损失率为评价指标进行了正交试验。采用Design-Expert数据处理软件对脱粒滚筒的脱粒损失进行数据分析,得到脱粒间隙和喂入量对油菜脱粒滚筒的脱粒损失有显著影响,最优参数组合形式如下:脱粒间隙9mm,喂入量3.2kg/s,脱粒元件型式为半钉齿半纹杆,滚筒转速1 010r/min。     

油菜精量联合直播机覆秸装置设计与试验

在长江中下游稻油轮作区,前茬水稻机收后秸秆全量留田,当接茬进行油菜精量联合直播作业时,浮秸易缠绕直播机触土部件,造成机具堵塞、种子落在秸秆上难以出苗等问题。为此,结合油菜覆草种植农艺措施,提出适于油菜直播水稻秸秆覆盖还田的机械化作业方案,设计了一种与油菜精量联合直播机配套的覆秸装置。通过理论分析,确定了覆秸装置关键环节工作部件的结构参数、安装位置与安装角及工作转速范围。控制秸秆喂入量分别为0.9、1.1、1.3kg/s,进行性能测试试验,验证了理论分析确定的各部件工作转速的适宜性和秸秆输送顺畅稳定性,结果表明,当播种覆秸作业机组配套69.9kW拖拉机、前进速度0.7m/s、捡拾装置滚筒转速80r/min、集秸装置螺旋输送器转速270r/min和链式提升装置转速270r/min时,机具作业顺畅,秸秆捡拾率达到90%以上。控制均匀铺放装置转速分别为210、240、270、300、330r/min,当转速为300r/min时,秸秆覆盖均匀率最高,超过92%。田间试验表明,覆秸直播机秸秆通过性能良好,各环节工作部件作业稳定,各项设计指标均满足技术标准要求,设计的覆秸装置与油菜精量联合直播机集成,一次作业可完成水稻浮秸的捡拾、堆集、输送、覆盖以及旋耕整地、开畦沟、施肥、油菜播种等工序,适宜在水稻机收后秸秆未作任何处理的稻茬田作业。     

自走式油菜薹收获机设计与试验

针对现有油菜薹收获机械匮乏,人工采摘效率低、成本高等问题,结合油菜薹生物学特性与农艺要求,研制了一种自走式油菜薹收获机,可实现自走、自动升降、茎叶统收,一次性完成油菜薹切割、输送与收集等工序。基于动力学与运动学分析了油菜薹收获切割、输送及收集过程,得出了影响收获效率的主要因素,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置、割台双升降系统的设计与参数分析。以前进速度、切割线速度、输送带线速度及拨禾轮转速为因素,油菜薹收获漏割率、输送失败率及茎叶破损率为评价指标,开展了二次回归正交旋转台架试验,应用综合评分法确定了最优作业参数组合为：前进速度0.56 m/s、切割线速度0.50 m/s、输送带线速度0.79 m/s、拨禾轮转速49.70 r/min,在最优参数组合下,油菜薹收获效果较优。田间试验结果表明收获机作业后割茬整齐,在最佳参数组合下,漏割率为4.28%,输送失败率为3.42%,茎叶破损率为6.39%,可满足油菜薹实际生产需求。     

自走式全混合日粮制备机取料仿真与参数优化

针对国内自走式全混合日粮制备机缺乏取料机理和参数优化的现状,对自走式全混合日粮制备机的取料机构进行设计与分析,建立了取料作业的理论模型,并对螺旋叶片螺距、螺旋叶片直径、辊筒转速、前进速度、每刃进给量和取料刃长比等关键参数进行了计算和选取。采用EDEM对影响取料过程的前进速度、辊筒转速、螺旋叶片螺距、刀刃长比因素采用正交试验方案进行了仿真分析,并对仿真结果进行方差分析。分析表明,各因素对取料效率影响的主次顺序为：前进速度、螺旋叶片螺距、刀刃长比、辊筒转速,各因素对回流率影响的主次顺序为：螺旋叶片螺距、刀刃长比、辊筒转速、前进速度。综合考虑取料效率和回流率,最优参数组合为前进速度为4 m/min、螺旋叶片螺距230 mm、取料刀刃长比1.8、取料辊筒转速230 r/min。此时取料效率为82.6 m3/h,回流率为38.93%。采用最优参数组合进行试验,试验测得取料效率为77.02 m3/h,回流率为39.76%,与仿真分析基本一致。     

对辊式秸秆切碎装置的设计与试验

当前秸秆粉碎还田机械多为近地面作业,工作中刀片不可避免地与土壤、石块等接触,导致刀刃迅速磨损变钝,刀片不能有效地切断秸秆纤维。为此,设计了一种对辊式秸秆切碎装置,核心部件为一个带刀片辊子和一个带槽辊子。通过对切碎过程的运动与受力分析,确定刀辊半径为47.5mm,刀片数为6把,刀刃长度为3 5 0 mm,刀刃角度为2 5°,刀片厚度为5 mm,刀棱高度为1 1 mm,槽孔最小宽度为1 0 mm。制作试验台并进行了试验,结果表明:槽孔宽度对切碎效果影响显著,当对辊转速为600r/min、槽孔宽度为10mm时,切碎效果最好,玉米秸秆能够被切碎成50mm的小段,秸秆切碎长度合格率为86.80%,均满足行业标准。该研究结果为进一步优化结构、工作参数及生产考核提供了参考。