低损伤组合式玉米脱粒分离装置设计与试验

针对现有籽粒直收型玉米收获机脱粒分离装置在收获高含水率玉米时存在籽粒破碎率高、脱净率低、籽粒夹带损失大、玉米苞叶易堵塞凹板的问题,设计了一种低损伤圆头钉齿与分段组合式圆管型脱粒凹板相配合的脱粒分离装置。分析了脱粒元件与果穗、果穗与凹板之间的接触模型,确定了玉米脱粒装置最优脱粒元件的结构参数、最佳的凹板组合形式。以籽粒破碎率和未脱净率为试验指标,以脱粒元件排布方式和不同凹板组合形式为试验因素,进行了台架试验,确定了较优组合为:圆头钉齿等高排布且最优球头半径为12. 5 mm,凹板最佳组合形式为圆管右向+直圆管(前疏后密型),并与常规梯形杆齿和栅格式凹板组成的脱粒分离装置进行了田间对比试验。试验结果表明:籽粒破碎率由13. 73%降低至8. 64%,未脱净率由0. 6%降低至0. 2%;未出现玉米苞叶堵塞凹板问题。     

纵轴流柔性锤爪式玉米脱粒装置设计与试验

针对两熟区玉米籽粒直收过程中籽粒破碎严重、未脱净率高的问题，设计了一种纵轴流柔性锤爪式玉米脱粒装置。该脱粒装置采用纵轴流脱粒滚筒，脱粒滚筒上安装脱粒锤爪，脱粒前段和脱粒后段可更换不同型式的脱粒锤爪，脱粒锤爪与脱粒滚筒柔性连接，以降低籽粒破碎率，实现玉米的柔性低损伤脱粒。脱粒凹板采用分段组合式，便于脱粒段、排杂段的调整，凹板圆柱钢上设计半球形凸起，以增加搓擦力，提高脱净率。选取喂入量、滚筒转速、脱粒锤爪型式作为试验因素进行了正交试验，确定了在不同含水率下，喂入量、滚筒转速和脱粒锤爪的最佳参数组合，结果表明：含水率为25.12%时，最佳参数组合为滚筒转速500r/min，喂入量8kg/s，起脱段为扁头脱粒锤爪，平脱段和强脱段为圆头脱粒锤爪，此时籽粒破碎率为3.73%，未脱净率为0.69%；含水率为32.83%时，最佳参数组合为滚筒转速450r/min，喂入量8kg/s，起脱段、平脱段和强脱段均为圆头脱粒锤爪，此时籽粒破碎率为4.36%，未脱净率为0.70%。     

纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒分离装置设计与试验

为满足黄淮海地区较高含水率玉米籽粒直收作业要求，解决现有籽粒收获机籽粒破碎率和未脱净率高、玉米芯轴苞叶易堵塞凹板等问题，在分析现有脱粒装置结构特点的基础上，设计了一种“柔性钉齿+双扭簧压力短纹杆”组合式脱粒元件和“六棱孔网格筛+鱼鳞式脱粒橡胶辊”组合式脱粒凹板相配合的柔性脱粒分离装置。对关键部件进行理论分析，确定了影响脱粒性能的主要因素，利用搭建的纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒试验台进行单因素试验，得到脱粒性能较好时滚筒转速、辊筒传动比以及脱粒间隙的变化范围。以滚筒转速、辊筒传动比和脱粒间隙为试验因素，以籽粒破碎率、未脱净率为指标进行三因素三水平正交试验。结果表明，对籽粒破碎率和未脱净率影响由大到小均为滚筒转速、辊筒传动比、脱粒间隙；最优参数组合为滚筒转速475r/min、辊筒传动比1.5、脱粒间隙45mm，此时籽粒破碎率为3.76%，未脱净率为0.52%。对该组合进行试验验证，各指标符合国家相关标准要求。     

油用牡丹脱粒机的设计与试验

提高油用牡丹果荚脱粒效率,是牡丹籽油规模化生产的首要任务。为此,基于前期物料检测数据和测试试验,研制了一种油用牡丹果荚脱粒机,并对关键部件进行了参数设计和选型。以牡丹籽粒的脱净率和破碎率为试验指标,选取脱粒滚筒转速、喂入量、果荚含水率为试验因素,分别对3种脱粒元件进行了油用牡丹果荚脱粒试验。结果表明:在试验范围内,随着滚筒转速的增加脱净率先增大后减少,当转速为750r/min时,混合形齿的脱净率最大为81.56%、弓齿脱净率为80.23%、L形齿脱净率为78.65%,3种脱粒元件籽粒破碎率成增长趋势,变化幅度相对较小;随着喂入量增大,3种脱粒元件脱粒效果均降低,弓齿形元件脱净率降幅较大,破碎率整体较高;随着果荚含水率的降低,脱净率先增大后减小,籽粒破碎率成降低趋势。     

横轴流式玉米柔性脱粒装置设计与试验

针对黄淮海地区玉米籽粒直收过程中籽粒破碎率和未脱净率高的问题,结合现有玉米脱粒滚筒的结构特点,设计了横轴流式玉米柔性脱粒装置。该装置内置柔性脱粒滚筒,脱粒元件采用柔性钉齿和弹性短纹杆组合结构,实现了玉米果穗的柔性低损伤脱粒。研究了滚筒关键设计参数对脱粒性能的影响,建立了该脱粒滚筒关键结构参数的设计方法;利用ADAMS软件进行了动平衡模拟仿真,开展脱粒系统的动平衡试验,保证了整机工作的可靠性;选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素进行了室内台架正交试验,确定较优参数组合:喂入量为8 kg/s,滚筒转速为450 r/min,凹板间隙为40 mm。在该条件下,玉米果穗的籽粒破碎率为0. 65%,未脱净率为0. 59%,符合国家相关标准要求。     

轴流式玉米柔性脱粒装置设计与试验

针对现有玉米籽粒收获装置对黄淮海夏玉米脱粒时存在籽粒损伤大,未脱净率高等问题,设计了一种轴流式玉米锥形脱粒滚筒,采用“柔性钉齿-短纹杆”组合式脱粒元件,实现籽粒低损高效收获。通过对锥形滚筒及关键部件结构的理论分析,确定了脱粒滚筒的关键参数;利用搭建的脱粒试验装置进行单因素试验,得到滚筒转速、脱粒元件间距及脱粒间隙对脱粒性能的影响关系。在此基础上,以滚筒转速、脱粒元件间距和脱粒间隙为试验因素,对破碎率和未脱净率进行三因素三水平二次回归正交试验,结果表明:滚筒转速、脱粒元件间距、脱粒间隙对破碎率与未脱净率均有显著影响;最优参数组合为滚筒转速425r/min、脱粒元件间距90mm、脱粒间隙45mm,对应的破碎率为5.72%、未脱净率为0.83%,达到国家相关标准要求。该研究可为黄淮海地区玉米脱粒滚筒的研发提供参考。     

纵轴流玉米脱粒分离装置设计与试验

针对黄淮海地区籽粒直收时籽粒损伤严重及未脱净率高的问题,结合现有的玉米脱离分离装置的特点,设计了一种纵轴流式变径变间距玉米锥形脱粒滚筒,以及利用可调节双头拉杆调节工作倾角的脱粒分离装置倾角调节装置。设计了脱粒元件在锥形滚筒的安装位置及排列方式,分析了脱粒元件与籽粒接触的脱粒动力学过程,并查阅相关文献确定了脱粒装置关键参数分别是滚筒转速、喂入量及脱粒分离装置倾角,确定了籽粒破损率和未脱净率两种指标为判断影响因素的主要指标。通过Design-Expert10.0软件进行二次回归正交旋转中心组合试验分析,结果表明:最优参数组合为脱粒分离装置倾角2°、滚筒转速404.7r/min、喂入量6kg/s。验证试验结果表明:籽粒破损率平均值为3.25%、未脱净率平均值为0.66%,试验所得最佳工作参数组合结果与优化结果基本吻合,并且满足玉米脱粒的相关国家标准要求。     

影响玉米脱粒效果的因素分析

本文参照玉米联合收获机收获玉米籽粒时实际作业状况,搭建了脱粒滚筒转速和凹板间隙可调节的试验台,并设计了两因素三水平的试验方案分析脱粒滚筒转速与凹板间隙对籽粒破碎率以及果穗脱净率的影响。试验表明凹板间隙是影响脱粒作业脱净率与破碎率的主要影响因素,通过合理调节凹板间隙和滚筒转速在破碎率与脱净率之间获取平衡以达到损失率最低的目的。     

玉米联合收获机纹杆式脱粒元件设计与试验

我国华北地区玉米收获时籽粒含水率较高,采用钉齿式及杆齿式脱粒元件进行籽粒直收时,籽粒破碎率较高,为降低脱粒过程中籽粒破碎率,设计了一种纹杆式脱粒元件,分析其前倾角变化对果穗受力的影响规律,以籽粒破碎时压缩量为依据,对纹杆块顶端弧面形状进行设计。基于EDEM研究纹杆元件顶端参数对果穗受力的影响,采用拟水平法设计四因素四水平正交试验,试验结果表明：较优纹杆参数组合为前倾角75°、凸棱倾角25°、凸棱宽度6mm、凸棱高度10mm;通过台架试验探究滚筒转速、凹板间隙等工作参数对纹杆式滚筒脱粒效果的影响规律,当籽粒含水率为28.5%时,最优滚筒转速为300r/min,凹板间隙为50mm,此时籽粒破碎率为5.34%。在最优工作参数下,对比不同脱粒元件脱粒效果,发现籽粒破碎率分别由杆齿式元件的9.91%、钉齿式元件的7.83%下降至纹杆式脱粒元件的5.34%,证明所设计的纹杆式脱粒元件能够有效降低脱粒过程中籽粒破碎率。     

高含水率玉米橡胶复合钉齿制备与脱粒性能试验

为降低高含水率果穗脱粒过程中的籽粒破碎率和未脱净率，以满足玉米籽粒直收技术对脱粒装置要求，改进设计了橡胶层与碳钢层复合结构的脱粒钉齿，自制丁腈橡胶、天然橡胶和三元乙丙橡胶作为复合钉齿的外层结构材料，并完成复合钉齿加工。采用台架试验方法研究不同外层材料的复合钉齿对玉米果穗脱粒性能（籽粒破碎率和未脱净率）和自身抗磨损性能（破损损失质量和表层组织磨损）的影响，脱粒试验表明：籽粒含水率范围为29.7%~30.5%、果穗喂入量为8~12kg/s时，丁腈橡胶、天然橡胶及三元乙丙橡胶复合钉齿和传统碳钢钉齿籽粒破碎率分别为4.85%~7.27%、3.77%~6.23%、2.92%~4.88%和6.90%~10.35%，未脱净率分别为0.41%~0.82%、0.35%~0.78%、0.30%~0.69%和0.24%~0.59%。磨损试验表明：由表层组织宏观磨损可见，丁腈橡胶层沟壑痕迹明显，且磨损破坏严重，三元乙丙橡胶层凹坑数量远少于天然橡胶层，两者均未导致破损失效；由SEM表层微观形貌可知，丁腈橡胶层裂纹缺陷数量最多，且组织不连续，天然橡胶层孔洞削弱组织间结合力，且易疲劳失效，三元乙丙橡胶层大部分组织相对完整连续，且具有较强抵抗外力作用。结果表明：在籽粒高含水率时，橡胶复合钉齿能显著提高玉米果穗脱粒性能，其中三元乙丙橡胶复合钉齿的脱粒与自身抗磨损的综合性能最佳，较传统碳钢钉齿籽粒破碎率降低了52.85%~57.68%，未脱净率与传统碳钢钉齿相近，能够满足玉米籽粒收获机脱粒质量评价技术规范要求。     

荞麦洁净式脱粒装置设计与仿真

针对传统荞麦脱粒装置——纹杆闭式切流脱粒滚筒装置脱粒过程中籽粒残留和杂质含量高的问题,开展了洁净系统设计研究。该系统包括2个风速入口,每个风速入口由与纹杆脱粒滚筒方向相同的长820 mm、直径27 mm的小型管道构成,每根小型管道上方开有直径12 mm、间隔6 mm的圆孔,用来清理脱粒装置中的残留籽粒。采用ANSYS Fluid Flow（Fluent）流体动力学仿真技术对纹杆闭式切流脱粒装置风场进行模拟仿真。结果表明,当2个入口同时工作并采用12和15 m/s的风速时,清选风速约等于荞麦籽粒的漂浮速度临界值,在此状况下增大风速入口面积,脱粒滚筒和栅格凹板之间的流场速度为3.8～8.3 m/s,大于荞麦籽粒的漂浮速度,栅格凹板下方的流场速度为7～15 m/s,且流场内负压减少,是最佳方案。      

高含水率玉米仿生脱粒元件设计与试验

为减少玉米脱粒装置造成的籽粒破损,研发适用于高含水率玉米脱粒装置,以先玉335品种玉米为脱粒对象,进行了脱粒元件的仿形、刚柔耦合作用设计,以及凹板的栅格板仿形设计与制作。通过简易脱粒装置对仿生脱粒元件脱粒原理进行了分析与试验验证,并与现有短纹杆式脱粒元件的脱粒性能进行了对比。试验结果表明:当玉米籽粒含水率在25%~33%范围内、采用相同凹板时,两种脱粒元件造成的玉米破损率均随籽粒含水率的升高而增大,且纹杆式脱粒元件的玉米破损率明显高于仿生脱粒元件的破损率;凹板栅格板采用仿形结构的玉米脱粒破损率小于栅格板斜面为45°结构的破损率。本研究为高含水率玉米脱粒装置的设计开发提供了理论依据。     

切轴流双滚筒玉米脱粒试验台设计与试验

黄淮海地区玉米籽粒机收一直受制于收获时籽粒含水率偏高等因素的影响,导致收获后籽粒破损严重,直接影响经济效益,而如何实现玉米籽粒高含水率情况下的低损失收获是目前的发展方向。为此,结合4YL-4/5型联合收获机,设计了一种切轴流双滚筒玉米脱粒分离装置,不仅可用于玉米籽粒收获,也可调整部分技术参数,来完成小麦等农作物的收获工作。所设计的装置由切流滚筒和轴流滚筒两部分组成,切流滚筒的脱粒元件采用半圆头钉齿,轴流滚筒的脱粒元件采用轮廓柔和的板齿和半圆头钉齿交叉组合的排列方式,完成了滚筒、凹版和上盖板的设计。利用ADAMS和ANSYS对试验台的脱粒部分进行动平衡模拟分析和模态模拟分析,增强了试验台工作过程中的可靠性。三因素(滚筒线速度、玉米籽粒含水率、凹版间隙)正交试验表明:在含水率24%~28%范围内、滚筒线速度在17.28~20.16 m/s之间、凹版间隙在32~36mm之间时,玉米籽粒的破损率低于国家标准5%。试验结果表明:影响破损率的因素主次顺序为滚筒线速度>籽粒含水率>凹版间隙;在滚筒线速度17.28m/s、含水率26%、凹版间隙34mm条件下,玉米籽粒破损率最低。研究可为高含水率玉米籽粒直收提供理论依据。     

5TDQ-300型切流式大豆育种脱粒机参数优化

为了优化5TDQ-300型切流式大豆育种脱粒机结构,提高我国大豆育种脱粒机械化水平,采用4因素5水平二次回归正交旋转中心组合优化试验方法,对影响该样机性能的结构与工作参数进行了优化试验研究。结果表明:当大豆植株含水率约17.5%、滚筒线速度1.52 m/s、喂入量2.1~2.4kg/min、脱粒间隙12~18mm时,其脱粒性能为含杂率不高于0.03%、破碎率不高于0.15%、夹带损失率不高于1.15%、未脱净率不高于0.35%、飞溅损失率不高于0.25%,均符合NY/T1014-2006脱粒机作业性能指标的要求。研究结果为切流式大豆育种脱粒机的产品定型设计提供了依据。     

基于MatlabSimulink动力学分析的荞麦脱粒装置设计与试验

针对荞麦脱粒损失率和破碎率高的问题,采用伸缩杆齿与纹杆混合式荞麦脱粒装置和弹性可调节凹板组合的方式,设计了一种荞麦脱粒装置,分析了关键部件结构与参数设计。运用Matlab/Simulink软件建立脱粒装置关键部件动力学分析,结果表明,在机构无负载工作时,脱粒装置运行平稳,滚筒阻力最大消耗功率为0.53 kW,维持滚筒匀速旋转扭矩所消耗功率为3.11 kW,总体上动力消耗较小。利用Design-expert软件,以滚筒转速、脱粒间隙为试验因素,损失率与破碎率为评价指标进行2因素5水平二次回归正交旋转组合试验,并对试验结果进行参数优化,试验表明,在荞麦籽粒含水率为17.5%～23.2%,秸秆含水率为70.0%～74.9%条件下,最佳试验组合为喂入量每组2 kg、滚筒转速457.161 r/min、脱粒间隙为12.6815 mm,其损失率为0.337%、破碎率为0.236%,试验结果符合设计要求。      

半喂入联合收获机回转式栅格凹板脱分装置设计与试验

针对半喂入联合收获机在收获高产水稻时容易发生脱粒滚筒堵塞、影响作业效率等问题,设计了可沿脱粒滚筒圆弧方向循环运转的回转式栅格凹板脱粒分离装置。对被脱物质点进行了受力分析,建立了回转式凹板的动力学微分方程;在自行设计的回转式栅格凹板脱分装置试验台上进行了二次旋转组合试验,建立了脱粒滚筒转速x1、回转栅格凹板线速度x2、夹持喂入链速度x3对损失率y1、破碎率y2、含杂率y3和脱分选功耗y4等工作性能指标的回归分析模型,并进行了多目标优化计算。结果表明:动态的回转栅格凹板可有效防止脱粒滚筒堵塞;最佳工作参数组合为x1=550 r/min,x2=1 m/s,x3=1.2 m/s,对应y1=2.14%、y2=0.2%、y3=0.6%。田间对比试验表明:具有回转式栅格凹板脱分装置的试验机收获高产稻时可全幅快速顺畅作业,工作效率比固定式栅格凹板的对比机提高30%以上。经法定机构检测,各项性能指标符合国家标准规定。     

伸缩杆齿式荞麦脱粒装置研制与参数优化

针对荞麦机械化收获破碎率高、含杂率大、容易发生“绕辫子”而堵塞脱粒滚筒等问题,研制了一种伸缩杆齿式脱粒装置,利用纹杆滚筒和栅格凹板对作物的揉搓、梳刷作用实现脱粒,而与纹杆滚筒相配合的伸缩式杆齿,能够很好地将作物进行翻腾、向后推送,避免了秸秆缠绕,提高了脱粒效果。将该脱粒装置安装于荞麦脱粒性能试验台,选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素建立了3因素正交试验,通过极差分析得到最佳工作参数组合为滚筒转速350 r/min、脱粒间隙10 mm、喂入量1.0 kg/s,该条件下,籽粒破碎率为3.42%、籽粒损失率为0.14%,满足荞麦机械化收获指标,为伸缩杆齿式脱粒装置的应用和荞麦联合收获机的研发提供理论依据。