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。     

水稻收获打捆一体机压缩装置设计与试验

为了解决水稻秸秆回收难题,防止秸秆焚烧污染环境,设计了水稻收获打捆一体机。本文针对压缩机构选择依据不足,对一体机压缩机构进行参数设计,应用ADAMS虚拟样机确定压缩机构参数与驱动转矩的影响关系,为小方捆压缩机构设计选择奠定基础。对新压缩机构设计田间试验,设计三因素五水平正交旋转试验,得到回归方程与影响草捆密度的主次因素,应用Mat Lab软件计算打捆最优参数组合为:草捆长度为650mm、喂入量为2.5kg/s、出口高度为240mm,最优值为155kg/m^3。在该参数下进行田间验证试验,草捆密度为150~160kg/m^3,满足使用要求。     

水稻收获打捆一体机影响因素研究

课题组以型号为4SDZ-2的水稻收获打捆一体机为研究对象,对其进行单因素试验研究,单因素试验以喂入量、草捆长度和出口高度为影响因素,以成捆率、规则捆率及草捆密度为性能指标。在单因素试验结果的基础上进行正交试验。通过正交试验的结果来确定较优的参数组合,并对得出的较优参数组合进行验证,验证结果表明,较优参数组合为最佳选择。     

打捆试验台设计与试验

对我国打捆机械当前存在的问题进行了分析,总结了打捆部件方面的设计不足与缺陷。为了改善打捆装置的工作性能,设计一套打捆试验台用于验证打捆工作性能,并介绍了试验台的组成及工作原理。采用三因素五水平正交旋转组合试验方法,通过数据处理得到回归方程与对试验指标的主次因素关系,应用Design-Expert软件得到响应曲面,通过分析获得最优工作参数为草捆长度750mm、喂入量2.5kg/s、飞轮转速80r/min时,草捆密度最优值为165.8kg/m3,满足使用要求。     

4YF-1300型大方捆打捆机设计与试验

针对玉米秸秆的打捆压缩特性和直燃发电对秸秆燃料规则捆型上料系统的要求,对打捆机的传动系统、物料捡拾和喂入系统、机械式预压缩室、压缩机构以及液压密度控制系统进行了设计和参数计算.采用合理的捡拾喂入参数、二级预压缩原理和双液压油缸及其反馈控制系统保证了机器作业的可靠性.试验结果表明:4YF-1300型大方捆打捆机样机的打捆率达到了97.2%,规则捆包率为94.4%,捆包密度达到了190～210 kg/m~3.     

青饲圆捆机对数螺线式成形装置设计与试验

为提高青贮饲料的打捆作业效率和作业质量,在现有青贮饲料打捆技术的基础上,设计了一种用于青贮作业,由喂料预压机构、对数螺线式二次压捆机构组成的对数螺线式圆草捆成捆装置。对不同含水率的玉米秸秆进行了不同压力角的试验,试验结果表明:取压力角小于20°的对数螺线式喂料压捆过程,解决了圆形内腔的成捆室在喂入粗大、湿润、坚硬物料时的堵塞问题;对含水率为50%~70%的玉米秸秆,装置压力角α值取15°时,喂入速度和压捆速度匹配较好;装置对高含水率的玉米秸秆具有较好的适应性。     

液压式棉田地膜回收压捆机设计与参数优化

针对棉田地膜收储运困难、易造成二次污染等问题，设计一种液压式棉田地膜回收压捆机，可一次性完成棉田地膜的回收和液压压捆作业。根据机具初步试验结果，将挑膜滚筒转速、机具前进速度、切刀线速度、地膜喂入量、地膜厚度作为试验因素，将地膜回收率、压缩密度和缠膜率作为目标值，进行5因素3水平的Box Behnken试验，采用Design Expert软件进行响应面分析，建立相关的数学模型和目标函数，进行样机作业参数组合优化计算，并对优化结果进行试验验证，最终确定样机的最优作业参数组合。结果表明：样机进行地膜回收压捆作业时的最优作业参数组合为挑膜滚筒转速4800 r/min，机具前进速度0.80 m/s，切刀线速度2.47 m/s，地膜喂入量0.52 kg/次，地膜厚度0.012 mm，地膜回收率95.09%，压缩密度137.68 kg/m3，缠膜率8.91%。     

9YFQ-1.9型跨行式方草捆捡拾压捆机

正9YFQ系列跨行式方草捆捡拾压捆机主要由捡拾器、输送喂入器、压捆室、打捆机构、压缩活塞、传动系统及机架等部分组成。该机由拖拉机牵引横跨在草条上前进,通过拖拉机动力输出轴将动力传递到打捆机上。捡拾、输送喂入、压缩、打捆、放捆等工序依次自动完成,草捆按固定方向整齐地排列在地面上。9YFQ系列跨行式方草捆捡拾压捆机     

自走式棉秆联合收获打捆机改进设计与试验

为提高棉秆回收率、压缩打捆效率和打捆质量,根据自走式棉秆联合收获打捆机的田间作业条件和棉秆的力学特性,采用理论、仿真和试验分析相结合的方法,对关键部件滚筒式铡切机构、拨禾轮、螺旋输送辊和曲柄滑块压缩机构进行了改进。改进后的自走式棉秆联合收获打捆机的滚筒式铡切机构转速为120 r/min,拨禾轮转速为36 r/min,螺旋输送辊转速为178 r/min,滚筒式铡切机构转速为120 r/min,曲柄滑块压缩机构压缩频率为110次/min,拨禾轮圆周上均布的拨禾板数量为8个。同时进行改进前后的对比试验。试验结果表明:改进后的自走式棉秆联合收获打捆机的棉秆回收率提高6.6%,压缩打捆效率提高43.4%,打捆密度提高14.7%,成捆率提高10.1%,规则草捆率提高4.7%。     

自带传动动力恒频方草捆捡拾压捆机设计与试验

阐述了自带传动动力恒频方草捆捡拾压捆机的基本结构及工作原理,对压捆机的总体结构、捡拾器、输送喂入机构和压缩机构进行了结构设计和参数分析。试验结果表明：本机结构合理、自动化程度高,其成捆率达到了99.1%,规则草捆率为98%,草捆密度达到了130～230kg/m3,可对牧草、农作物秸秆进行捡拾、压缩和打捆联合作业。     

曲柄连杆式棉秆切割试验台设计与试验

为研究棉花秸秆切割性能,为棉秆切割收获装备的开发提供技术支持和理论依据,设计了可模拟棉秆不对行切割收获过程的曲柄连杆式棉秆切割试验台。试验台的棉秆喂入输送速度与切割速度为0~2m/s、切割倾角为0°~15°,并对样机的工作性能和棉秆切割性能进行了试验研究。试验结果表明,空载时切割器阻力的峰值随着割刀平均切割速度的增加而增大,单个工作周期内的切割器阻力功耗基本不受平均切割速度变化的影响;棉秆峰值切割力随割刀平均切割速度的增加而降低,切割棉秆单位消耗功随割刀平均切割速度的增加而减小。     

牵引式玉米秸秆切割揉碎方捆打捆机设计与试验

针对我国玉米秸秆收储、利用难及现有秸秆收获机械可靠性低、适应性差等问题,从切割揉碎打捆理论与试验研究角度,探明秸秆切割揉碎打捆作业技术。设计了一种对田间直立、铺放或散状整株玉米秸秆可一次性完成切割、揉碎、输送和打捆作业的牵引式玉米秸秆切割揉碎方捆打捆机。对牵引架、切割揉碎装置、网筛式物料导流装置和压缩打捆装置等关键部件进行了结构设计,并开展了样机试制及试验。试验结果表明,样机破节揉碎率91.3%,成捆率99.0%,秸秆捆密度167 kg/m3,规则秸秆捆率95.6%,秸秆捆抗摔率93.5%,样机作业性能良好,符合相关标准要求。研究成果实现了直立、铺放或散状整株玉米秸秆切割、揉碎和打捆一体化技术融合,可为秸秆打捆机的设计提供参考依据。      

9YFM-1900型玉米秸秆打捆灭茬一体机的设计与仿真

为解决玉米秸秆还田量过大、常年累积的问题,研发一种玉米秸秆打捆灭茬一体机。9YFM-1900型玉米秸秆打捆灭茬一体机主要由机架、动力传动装置、秸秆切碎装置、压捆室、喂入搅龙、打捆机构、灭茬装置和行走机构组成,能够实现秸秆切碎、搅龙输送、拨叉喂入、活塞推压、穿针打结和灭茬还田等一系列功能。通过ADAMS和ABAQUS软件对各关键部件进行仿真分析确定关键参数,为机器设计和样机试制提供了依据。     

棉秆力学性能试验

以创新棉958棉秆为试验材料,在万能试验机上对收割期的棉秆进行剪切、压缩、弯曲力学性能试验。试验结果表明：试样的含水率在30%～50%时,棉秆底部和中部的抗压强度、剪切强度较小,分别为1.66～3.13MPa、0.74～1.12MPa;试样的抗弯强度随含水率的升高而降低,试样底部弯曲强度为4.20～5.08MPa。在剪切、压缩、弯曲试验中,试样底部消耗的功分别为2.98～4.32N·m、2.91～4.34N·m、1.51～4.18N·m。     

饲用甜高粱剪切应力和功耗试验研究

在秸秆往复式切割试验台上,以饲用甜高粱为研究对象,以切割速度、喂入速度、秸秆含水率为试验因素,功率消耗与剪切应力作为性能检测指标,按照中心组合响应曲面设计(Central composite design,CCD)试验方案进行试验。结果表明:喂入速度对切割器试验台工作性能有较大影响;切割速度、秸秆含水率均对切割器试验台工作性能影响显著;切割器试验台工作性能的影响因素主次顺序为喂入速度、切割速度、秸秆含水率,最佳性能参数组合为喂入速度5m/s、切割速度0. 95m/s、秸秆含水率为60%。本研究旨在探索秸秆往复式切割器的工作参数与饲用甜高粱收获条件对切割特性的影响,为饲用甜高粱联合收获打捆的研究提供理论依据。     

铡切揉碎协同式牧草揉丝机设计与试验

针对现有的牧草揉丝机效率低、揉丝质量差、对高含水率牧草不适用等问题,以苜蓿为加工对象设计了一种铡切揉碎协同式牧草揉丝机。对铡切和揉碎过程进行了理论分析,并通过设计计算确定了揉丝机的总体结构和关键部件结构参数。以生产率、丝化率为性能评价指标,进行了以电机输出转速、筛孔直径、喂入量、含水率为试验因素的单因素试验;将含水率为65%的苜蓿作为加工对象,进行了以电机输出转速、筛孔直径、喂入量为试验因素的二次正交旋转组合试验。单因素试验确定了试验因素的取值范围,探究了揉丝机对不同含水率苜蓿的揉丝效果。通过Design-Expert 12.0软件对二次正交旋转组合试验的试验结果进行了响应曲面分析、回归分析及目标优化,得到了试验因素与评价指标之间的回归方程,以生产率和丝化率同时最大化为目标,对电机输出转速、筛孔直径、喂入量进行多目标寻优求解,确定最优参数组合为：电机输出转速443.77 r/min、筛孔直径14 mm、喂入量1.27 kg/s,揉丝验证试验表明,生产率为5 065.98 kg/h、丝化率为94.87%;该装置揉丝效率高、质量好,而且能够揉丝高含水率牧草,满足牧草揉丝机设计要求。     

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。     

玉米秸秆丝化压缩临界成型条件试验

因玉米秸秆丝化压缩成型不同于一般物料的粉碎制粒和压缩打捆,因此通过自制压缩成型模具和计算机控制的电子万能试验机对丝化后的秸秆物料进行压缩成型试验,研究了不同物料尺寸、不同含水率及不同压缩方式对丝化后玉米秸秆成型块松弛比的影响。研究结果表明:考虑到用途和功率消耗因素,玉米秸秆丝化压缩成型的最佳含水率应控制在10%~20%范围内,使用多频快速压缩(压缩速度500mm/min,连续压缩5~8次),玉米秸秆丝化压缩成型的最小压力为6.22MPa,否则要应用更大的压力才能成型。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和压缩成型后产品的特性研究具有重要参考意义。     

棉秆起拔力关键因素的研究及试验

棉秆起拔力是设计棉秆拔秆收获机械的一个重要指标参数。为了研究收获期的棉秆高度、棉秆直径、土壤含水率、土壤坚实度等因素对棉秆起拔力的影响,在新疆农垦科学院的试验田进行了棉秆起拔力的测试试验,采集了其中5块试验田棉秆起拔力、棉秆直径、土壤坚实度、土壤含水率和棉秆高度的数据。试验结果表明:在已测得5块试验田的数据中,第3组棉秆起拔力最大,单株棉秆最大起拔力为821.1 N,平均起拔力为534.49N;第2块试验田的棉秆起拔力最小,单株棉秆最大起拔力为7 2 6.1 N,棉秆平均起拔力为473.62 N。对已获取的5块试验田数据做的回归分析表明:同一块试验田的棉秆起拔力与棉秆直径成正相关关系;土壤含水率越高,起拔力越小;土壤紧实度越大,起拔力越大;棉秆高度与棉秆直径成正比。