4JSM-2000B型残膜回收机棉秆粉碎装置设计与试验

地膜残留现已成为影响新疆棉区可持续发展的主要因素,而现有的残膜回收机具大多存在含杂率高的问题。为解决上述问题,研制了一种新型棉秆粉碎装置,主要由悬挂架、动力传递系统、刀片及刀辊等部件组成。该机采用螺旋单侧输出搅龙,将粉碎后的棉秆侧抛至地面,降低了残膜含杂率。设计了刀片线速度、刀辊旋转半径、刀辊转速及螺旋输送机构,并确定其结构尺寸。田间试验结果表明:当刀辊转速2200r/min、刀片离地高度60mm、机具作业速度1.5m/s时,棉秆粉碎合格率为90.2%,本研究可为棉秆粉碎装置的设计与改进提供理论支持。     

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。     

一体式烟秆拔秆破碎机工作参数优化与试验

针对现有烟秆拔秆设备拔秆效率较低、结构功能单一等问题,研制了一种能实现烟秆拔起、抓取、输送、清理及破碎等作业功能的一体式烟秆拔秆破碎机。为得到该机具的最优工作参数组合,选取了机组行进速度、刀辊转速和对辊转速3个因素进行单因素试验和Box—Behnken中心组合响应面优化试验,建立漏秆率和破碎粒径合格率为响应指标的数学模型,分析各影响因素对评价指标的响应规律。优化结果表明:机具最优工作参数组合为行走速度0.37m/s、刀辊转速140r/min、对辊转速551r/min,此时烟秆漏秆率为4%,破碎粒径合格率为9 3.8%。该研究结果可为样机拔秆破碎作业时工作参数的选取及机械传动式二代样机的传动比设计提供依据。     

内置式玉米秸秆收集打捆装置设计与试验

针对我国玉米收获作业存在的秸秆回收利用率低、果穗收获与秸秆收获不能同时进行等问题,设计了一种内置式秸秆收集打捆装置,将该装置内置到自走式玉米收获机上,使玉米收获机在实现果穗收获的同时实现玉米秸秆捡拾、粉碎和打捆的功能,减少了收获机械进地次数,降低了成本。为此,通过对秸秆收集打捆装置整体机构及关键部件的理论和仿真分析,确定了主要结构参数。以碎刀辊转速、螺旋输送器转速、打捆机输入转速为试验因素,打捆密度为试验指标对秸秆收集打捆装置进行正交试验,因素取值范围为:粉碎刀辊转速1300～1700r/min、螺旋输送器转速120～180r/min、打捆装置输入转速700～800r/min。试验结果表明:各因素对草捆密度均有显著影响,影响主次顺序为粉碎刀辊转速打捆装置输入转速螺旋输送器转速;当粉碎刀辊转速为1700r/min、螺旋输送器转速为150r/min、打捆装置输入转速为800r/min时,打捆密度最高为180kg/m~3。该装置结构设计合理,为中国北方一年两熟地区夏玉米秸秆收获提供了技术支持。     

对辊差速式块状有机肥破碎施肥装置设计与试验

针对现有施肥装置对有机肥肥块的破碎效果不佳,农田条施排肥难度大等问题,提出对辊差速式肥块破碎施肥方式,通过施肥辊相对转动咬合喂入,将肥块破碎的同时实现强制排肥,增大排肥率。对施肥辊齿辊尺寸、齿形及辊齿布置方式等关键部件及参数进行设计,建立肥块破碎受力模型和施肥量的理论模型,得到影响破碎力和施肥量的主要因素。利用离散元分析软件建立肥块破碎模型,通过仿真试验明确施肥装置的上置施肥辊转速、下置施肥辊转速、施肥辊中心高度差、施肥量对破碎率的影响规律;设计四因素正交旋转试验,对破碎施肥装置的作业参数进行优化,当上置施肥辊转速为238r/min、下置施肥辊转速为374r/min、两施肥辊中心高度差为71mm、施肥量为797g/s时,优化所得破碎率为80.3%,排肥率为99.2%;搭建对辊差速式破碎施肥装置试验台,对机施有机肥含水率8%~40%的4种肥块进行验证试验,试验所得的肥块破碎率分别为90.7%、80.8%、79.6%、76.9%,排肥率分别为95.6%、97.8%、98.2%、98.6%,与优化所得结果的平均误差分别为4.66%、1.66%,误差较小,表明对辊差速式块状有机肥破碎施肥装置满足施肥要求。     

辊搓圆筒筛式谷子清选装置设计与试验

为解决谷子初脱后因物料中残留谷码多、含水率高而导致清选含杂率和损失率较高的问题,设计了辊搓圆筒筛式谷子清选装置。该装置主要由谷码辊搓装置、圆筒筛装置、横流风机和离心风机等组成,实现了先脱谷码后清选的功能。选取离心风机转速及角度、横流风机转速、圆筒筛转速和谷码辊搓装置主动辊转速作为试验因素,籽粒含杂率和损失率作为试验指标进行了正交试验,试验表明:谷码辊搓装置主动辊转速250 r/min、离心风机角度3°、小圆筒筛转速60 r/min、离心风机转速700 r/min、中圆筒筛转速60 r/min、大圆筒筛转速70 r/min,横流风机转速600 r/min为该清选装置的最优组合。对该参数组合进行验证试验,并对该装置清选性能进行对比试验,结果表明,在最优组合条件下籽粒含杂率为1.64%、总损失率为0.86%,该装置籽粒含杂率与总损失率均低于传统型风机圆筒筛式和风机振动筛式清选装置。     

籽瓜破碎取籽分离机的试验研究

为满足籽瓜加工生产线对预处理加工的要求,对自主研制的QW-QZ-2型籽瓜破碎取籽分离机的破碎分离效果进行了试验研究。以喂入量、破碎辊转速、皮瓤分离辊转速、籽瓤分离辊转速为试验因素,以瓜籽含杂率、瓜籽破损率、瓜籽损失率和皮中含瓤率为试验指标,进行单因素试验。试验结果表明:适宜的工作参数范围为:喂入量25～30 kg/min、破碎辊转速120～135 r/min、皮瓤分离辊转速90～105 r/min、籽瓤分离辊转速105～120 r/min;影响瓜籽含杂率的主次因素依次为:皮瓤分离辊转速、籽瓤分离辊转速、破碎辊转速和喂入量;影响瓜籽破损率的主次因素依次为:皮瓤分离辊转速、籽瓤分离辊转速、喂入量和破碎辊转速;影响瓜籽损失率和皮中含瓤率的主次因素依次为:皮瓤分离辊转速、破碎辊转速和喂入量。该研究可为籽瓜破碎取籽分离机的设计和工作参数的优化提供理论依据。     

玉米根茬破碎还田装置设计与试验

分析了玉米根茬破碎还田装置中直刀、旋耕刀、月牙刀的破茬原理,试验验证了月牙刀滑切破茬具有土壤扰动小、功耗低、破碎能力强的特点.以刀辊转速、机器前进速度、切刀入土深度为试验因素,以功耗、破茬合格率为试验指标,分别建立了表征月牙刀破茬性能的数学模型,确定最佳参数为:切刀入土深度48 ram,机器前进速度0.77 m/s,刀辊转速266 r/min.在试验范围内,切刀入土深度对功耗的影响最大;刀辊转速和机器前进速度对破茬合格率影响最大.     

双轴式旋耕灭茬机灭茬刀辊结构设计与试验

针对农机具节能减排和提高秸秆根茬粉碎率等问题,优化设计了一种与大功率拖拉机配套的旋耕灭茬播种机的灭茬刀辊系统,系统由刀片、刀盘和刀轴等组成。根据灭茬机理,设计出灭茬刀具,并采用三维软件建模。同时,运用EDEM离散元仿真软件进行旋切虚拟试验,检验设计的刀辊系统的工作性能。通过仿真试验对比,测定灭茬刀辊的扭矩与切削速度、刀辊转速的关系,观察分析秸秆根茬被灭茬刀辊切断粉碎情况及灭茬刀辊对土壤的扰动情况。田间试验结果表明:各项指标均达到了国家相关标准的技术要求,整机的作业速度和刀辊的工作转速在0.4m/s、600r/min条件下刀辊碎土性能最好;整机的作业速度、刀辊的工作转速相比灭茬深度对碎茬率的影响比较显著,作业速度和刀辊的工作转速在0.6m/s、600r/min条件下刀辊灭茬性能最好。该研究可为灭茬刀辊系统设计提供参考。     

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。     

甘薯秧蔓回收机仿垄切割粉碎抛送装置设计与试验

针对甘薯秧蔓垄沟匍匐生长不易全部机械回收的难题,设计了一种甘薯秧蔓回收机,并对关键部件仿垄刀辊机构和风机抛送装置进行了设计计算,该机可一次性完成甘薯秧蔓切割、粉碎、抛送和回收作业。以刀辊转速、离地间隙、风机转速为试验因素,甘薯秧蔓粉碎合格率、含土率、回收率为试验指标,采用响应面分析方法,建立了试验因素与试验指标之间的回归模型,分析了试验因素对试验指标的影响。试验结果表明：最优工作参数组合为刀辊转速2070r/min、离地间隙16mm、风机转速890r/min,秧蔓粉碎合格率均值为93.10%、含土率均值为8.56%、回收率均值为91.19%,研究结果满足甘薯秧蔓回收机的使用要求。     

青贮机籽粒破碎装置的设计与试验

目前,国内对青贮机籽粒破碎装置的研究大多停留在仿型设计阶段,具体的设计参数缺乏理论研究^[1],而喂入速度、切碎速度、破碎辊速差3个参数相互配合才能达到预期的破碎效果。由于破碎装置的破碎效果和破碎辊的形状有着密切的关系^[2],故着重对破碎辊进行研究和运动分析,通过对不同的喂入速度、切碎速度、破碎辊速差进行试验选取合理的参数^[3]。通过实地试验可知：籽粒破碎的两个破碎轮在特定的速度差下有更好的效果,定破碎辊转速为3600r/min,浮动破碎辊转速为3960r/min。     

浮动式玉米单穗脱粒装置设计与试验

为实现玉米脱粒机脱粒间隙可自动调节,减小玉米脱粒过程中的机械损伤,设计了浮动式玉米单穗脱粒装置。该脱粒装置主要由间隙浮动调节装置、喂入料斗、离散辊、脱粒辊和差速辊等组成,具有脱粒间隙自动调节和玉米果穗喂入自动分离、逐个排出功能。选取离散辊转速、脱粒辊转速和差速辊转速为试验因素,以玉米籽粒的破损率和未脱净率为试验指标,采用二次回归正交旋转组合的试验方法,对浮动式玉米单穗脱粒装置进行了参数优化试验。优化结果为:离散辊转速为234 r/min、脱粒辊转速为511 r/min、差速辊转速为91 r/min,在最优参数组合下的实际籽粒破损率为0.25%、未脱净率为0.76%、玉米芯完整度为100%。     

动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置设计与试验

设计了适用于卧式玉米秸秆粉碎还田机的动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置,该装置利用等滑切角式粉碎定刀和随粉碎刀辊高速旋转的粉碎动刀形成的支撑滑切作用对秸秆进行粉碎。其中等滑切角式粉碎定刀刃口曲线采用对数螺线方程,粉碎动刀设计为并联直刀和L改进型弯刀组合结构。结合玉米秸秆的特性,明确了各关键部件的参数,并运用ANSYS-Workbench软件对粉碎定刀进行了静强度校核和对粉碎刀辊进行了模态分析,得出了粉碎定刀的应力分布图和粉碎刀辊的前6阶固有频率和振型;粉碎定刀最大应力发生在刀片上端部后侧,最大应力为13841MPa,刀片材料满足要求;〖JP3〗粉碎刀辊最低阶数的固有频率为102.62Hz,高于其工作激励频率23.3~30.Hz,不会形成共振。田间试验表明,当动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置刀辊转速为1600r/min时,其秸秆粉碎长度合格率可达91.5%,相对无支撑切割（1800r/min）可降低作业功耗17.4%。     

喂入辊轴流滚筒组合式大豆种子脱粒机设计与试验

针对大豆种子机械脱粒损伤率高与脱净率低等问题,提出了对辊喂入预脱、轴流滚筒抓脱的组合式脱粒方案,进行了滚筒脱粒元件、喂入装置和传动系统等装置和部件的结构设计并设计了脱粒样机。滚筒脱粒元件由螺旋排列的钉齿、弓齿、板齿组成,与凹板筛构成组合式脱粒装置;喂入装置主要由双喂入辊组成;气力清选装置主要由振动筛和风机组成。以"辽豆10"为试验对象,通过正交试验分析,以下喂入辊转速、脱粒滚筒转速和凹板间隙为试验因素,脱净率和损伤率为试验指标,进行了优化试验研究。结果表明:下喂入辊转速为222 r/min、滚筒转速为500 r/min、脱粒间隙40 mm时,大豆脱粒综合指标最优,脱净率为98.4%,大豆损伤率为1.4%。     

秸秆多级连续冷辊压成型参数优化与试验

为得到秸秆多级辊压成型机压缩较低含水率玉米秸秆时的最优成型参数,探索成型参数对成型结果的影响规律,基于Design-Expert BBD（Box-Behnken Design）试验设计方法及原理,以玉米秸秆含水率、玉米秸秆破碎长度和成型机末级辊转速为试验因素,以成型块回弹率、密度和成型能耗为试验指标,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与成型块回弹率、密度、成型能耗之间的数学模型,并分析了各因素显著交互作用对试验指标的影响规律。结果表明：成型机在压缩玉米秸秆时,各试验因素对成型块回弹率的贡献率从大到小依次为：末级辊转速、破碎长度、含水率;各试验因素对成型块密度的贡献率从大到小依次为：破碎长度、末级辊转速、含水率;各试验因素对成型能耗的贡献率从大到小依次为：末级辊转速、破碎长度、含水率。在末级辊转速为1.07r/min,含水率为21.5%~25.0%,破碎长度为64~108mm时,可获得成型块回弹率小于7.0%,成型块密度大于350kg/m3,成型能耗小于16.0kW·h/t;参数优化得到最优成型参数为：含水率24.26%、破碎长度73.25mm、末级辊转速1.07r/min,此时成型块回弹率为6.32%,成型块密度为375.6kg/m3,成型能耗为15.89kW·h/t。 研究结果可为秸秆多级连续冷辊压成型提供理论依据和技术支撑。     

荞麦脱粒装置的设计及有限元分析

为解决现有收获机械难以适应荞麦脱粒特性的问题,满足荞麦种植户对荞麦机械化生产的迫切需求,促进荞麦机械化、产业化发展。本文对收获机械核心部件进行研究,设计出一款适用于荞麦的脱粒装置并建立其虚拟样机,从模拟仿真和静、动力学分析着手,多维度、多方面考查各零部件的装配关系、刚度、强度、安全系数以及振动等多个因素,力求最大程度上保证设计结构的合理性、可靠性和使用的安全性。分析结果表明,脱粒滚筒在极限工况条件下:最大变形量为0.282 4 mm,小于经过调研在实际应用中不超过3 mm的要求;最大应力为79.487 MPa,远小于脱粒滚筒材料的最低屈服强度235 MPa;安全系数最低值为4.906 5,远大于1;说明脱粒滚筒的刚度、强度和安全系数都满足要求。根据脱粒滚筒前6阶模态分析情况,其最大变形量为18.857 mm,小于脱粒滚筒凹板筛的间隙设计值25 mm,脱粒滚筒与凹板筛不会发生干涉现象;脱粒滚筒的极限转速为1 250 r/min,远小于安全转速2 442 r/min,不会发生共振。研究对于脱粒装置的设计、改进具备重要意义。     

自激振动旋耕刀设计与减扭降耗性能分析

为实现旋耕作业减扭降耗,在国标IT245旋耕刀基础上设计了一种自激振动旋耕刀装置,对其工作原理进行了阐述。通过运动受力分析,完成了其大弹簧参数选型与弹簧心轴腰型孔设计。基于DEM-MBD技术,建立土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析5种刀轴转速下国标旋耕刀与自激振动旋耕刀所受三向阻力与扭矩变化规律。仿真试验中,刀轴转速为150、200r/min时,减阻降扭效果不明显;转速为250、300r/min时,自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的减阻降扭效果较好,垂向阻力分别降低6.96%、10.41%,且平均扭矩降低率较大,分别为9.80%和19.63%,而转速达到350r/min时,减阻降扭效果下降。通过对2种旋耕刀仿真与土槽试验的平均扭矩进行分析,得出了国标旋耕刀与自激振动旋耕刀平均扭矩变化曲线的相关系数,分别为0.997与0.998,基本验证了DEM-MBD耦合仿真模型的准确性。对土槽试验中采集的Y向（耕作时刀刃振动主要发生方向）振动加速度数据进行频域分析表明,随着刀轴转速的增加,Y向功率谱密度幅值总体呈上升趋势,转速达到300r/min时,激振频率达到装置Y向的固有频率附近,此时发生共振,Y向功率谱密度幅值达到最大值。即此时旋耕刀获得最大能量,扭矩降低幅度最大,减扭降耗的效果最佳。     

各级转速受控式甘蔗剥叶装置的设计与试验

针对甘蔗剥叶装置存在的剥叶后含杂率高、剥叶元件易折断和磨损的问题,设计了各级转速受控式甘蔗剥叶装置。该装置输入输出上、下辊具有仿形功能,剥叶元件采用新型材质。经过对比试验,从3种高分子材料中优选出最适合做剥叶元件的材质,并通过正交试验优化工作参数。该装置优化后的工作参数即输入输出辊转速250r/min、第1级剥叶辊转速1 150r/min、第2级剥叶辊转速2 300r/min时,含杂率为3.1%,折断率为12.5%。