铰接转向果园割草机的设计与试验

针对丘陵山地现有果园割草机行走性能差及人员操作便捷性低等问题,设计一种铰接转向果园割草机。采用理论分析与仿真、田间试验相结合的方法,对铰接转向果园割草机进行研究。结果表明:1)铰接转向果园割草机最大行驶速度5.9 km/h,割刀转速1 450~3 850 rad/min,最小转弯半径466.4 mm,爬坡与下坡纵向极限倾覆角度分别为37.47°和60.99°,横向极限倾覆角为48.76°;2)应用Ansys workbench软件分析得到割草机车架在平地直行、平地最大角度转向、直行爬坡与直行下坡四种工况下最大变形量和最大等效应力分别为0.034 4 mm和20.06 MPa。田间试验结果表明:铰接转向果园割草机的割幅利用率为98.9%,平均碎草率85.9%,割茬高度基本符合设定高度,满足丘陵山地小地块果园作业需求。     

全膜双垄沟播直插式玉米播种装置双面凸轮的设计

针对全膜双垄沟播直插式玉米播种装置的核心部件单面凸轮控制的穴播杆水平位移不精确、振动较大等问题,设计采用双面凸轮代替。在沟播机虚拟样机基础上,生成双面凸轮内外接触轨迹曲线,由于生成的双面凸轮轨迹在奇点处过渡急剧,会造成凸轮与顶杆运动过程中冲击过大而无法实现设定的运动,甚至卡死,对轨迹过渡奇点段进行了圆弧过渡优化,对优化前后的凸轮在x、y方向位移曲线进行了对比,相应位移量较小。经沟播机虚拟样机仿真,双面凸轮驱动下的成穴器在入土前不会与地面发生干涉;对双面凸轮进行的冲击力和拉力作用下最大形变和应力进行分析的结果表明,双面凸轮在受到最大冲击力和拉力时最大变形量为0.092 mm,且其最大Von–Mises应力均远低于67 MPa,应能满足直插式玉米全膜覆盖双垄沟播机作业需求。     

丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统仿真优化与试验

针对丘陵山地胡麻联合收获机空间布局有限,且收获后胡麻脱出物性状差异小、混杂程度大、清选困难等问题,为提高丘陵山地胡麻联合收获机清选效率,探究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统工作机理,本文以丘陵山地胡麻联合收获机初选+精选复式清选系统工作模式为研究对象,分别建立初选系统、精选系统CFD模型和胡麻脱出物DEM模型,采用CFD-DEM联合仿真技术,研究丘陵山地胡麻联合收获机复式清选系统最佳工作参数和脱出物各组分运动轨迹及空间形态变化,得出丘陵山地胡麻联合收获机脱出物分离规律,并进行验证试验,校验仿真模型可靠性。CFD-DEM联合仿真结果表明,当初选系统入口风速为12.4m/s、精选系统离心风扇转速为1.154r/min时,机具清选效果最佳,其中初选系统胡麻籽粒损失率为0.3%,短茎秆排出率71.43%,颖壳排出率69.34%,轻杂排出率65.34%,含杂率39.01%;精选系统胡麻籽粒损失率为0,短茎秆排出率40%,颖壳排出率75%,轻杂排出率100%,含杂率2.56%;初选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为轻杂、颖壳、胡麻籽粒、短茎秆,精选系统中脱出物进入气流场初始瞬时发生速度、位移变化依次为颖壳、轻杂、短茎秆、胡麻籽粒。田间试验结果表明,当胡麻籽粒含水率为5.34%时,作业机具最佳作业状态下含杂率为3.61%、总损失率1.98%,作业期间整机运行平稳,作业指标符合胡麻机械化收获标准。试验结果与仿真结果高度吻合,验证了模型的可靠性。     

胡麻茎秆离散元柔性模型建立与接触参数试验验证

针对胡麻联合收获过程中茎秆位姿变化与运动特性等关键环节离散元研究缺乏柔性模型和接触参数的问题,本文以胡麻根部茎秆、中部茎秆、颈部茎秆为研究对象,以其本征参数为研究基础,计算得胡麻茎秆各部建模参数,采用离散元法bonding模型构建胡麻茎秆柔性模型,并以胡麻茎秆各部本征参数、接触参数试验值为水平值,通过Plackett-Burman试验和Central-Composite试验确定胡麻茎秆之间、茎秆与收获装备之间的接触参数,通过胡麻茎秆剪切试验与堆积角试验验证模型可靠性。结果表明：胡麻植株离散元柔性模型参数中法向刚度Kn为1.13×109N/m3,切向刚度Ks为5.6×108N/m3,法向临界应力σ为6.67MPa,切向临界应力γ为8.5MPa,粘结半径Rj为0.25mm;胡麻茎秆-收获装备间恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数最优值分别为0.33、0.28、0.14,胡麻茎秆-胡麻茎秆间恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数最优值分别为0.3、0.508、0.033;剪切试验中胡麻茎秆根部、中部、颈部剪切最大载荷与仿真结果相对误差分别为1.67%、3.09%、5.44%,堆积角试验中胡麻茎秆平均堆积角与仿真结果相对误差为0.31%,误差较小。胡麻茎秆柔性模型与接触参数和实际情况较为相符,可表征胡麻茎秆物理特性,为胡麻茎秆离散元仿真提供参考。     

双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机参数优化与试验

为进一步优化提升双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机的工作性能,基于实际试验方法与离散元仿真分析对样机主要工作参数进行了单因素试验,以选取的筛箱振动频率、前风道风量调节挡位和后风道风量调节挡位为自变量,以籽粒含杂率和清选损失率为响应值,按照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应曲面分析方法分别建立了各试验因素与籽粒含杂率、清选损失率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。结果表明：选取的3个因素对籽粒含杂率、清选损失率影响的主次顺序均为筛箱振动频率、前风道风量调节挡位、后风道风量调节挡位,作业机最佳工作参数为筛箱振动频率2Hz、前风道风量调节挡位2、后风道风量调节挡位4.5。验证试验表明,籽粒含杂率均值为0.98%、清选损失率均值为2.66%,说明通过优化工作参数可降低胡麻脱粒物料在机械化分离清选过程中的含杂与损失,其作业效果较单一气流分离清选方式有显著改善。     

双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机设计与试验

为进一步提升胡麻脱粒物料分离清选机械化作业水平,针对胡麻脱粒物料各组分类型,提出“先气流清、再风筛选”的作业模式,制订了胡麻脱粒物料分离清选作业工艺流程,设计了双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机。对三级振动筛分装置、双风道杂余集料装置及吸杂除尘装置等关键作业部件进行设计选型与参数计算,获得不同组分的胡麻脱粒物料在三级筛面上不同运动状态下振动筛分装置曲柄连杆机构运动参数必须满足的条件。样机性能试验表明,当振动喂料系统电磁激振器振幅控制在14~18mm、前风道风量调节手柄在2~4挡位、后风道风量调节手柄在4~6挡位、三级振动筛分装置振动频率在2~6Hz时,双风道风筛式胡麻脱粒物料分离清选机的籽粒清洁率为97.16%、夹带总损失率为1.12%,试验结果满足设计要求,能够实现对胡麻收获期脱粒物料不同组分的分离清选作业。     

基于CFD-EDEM耦合的小区玉米帘式滚筒干燥箱数值模拟

为解决通过现有技术模拟仿真干燥装置干燥物料过程困难的问题,基于CFD-EDEM气固耦合数学模型,采用标准k-ε湍流非稳态的欧拉-欧拉耦合算法对小区玉米帘式滚筒干燥箱干燥过程中气固传热、内流场动态分布进行分析研究。仿真前对气固耦合模型进行了以下前处理：借助三维造型软件建立了干燥箱模型,应用Gambit软件对其进行了网格划分,利用切片造型技术建立了玉米仿真模型,并对两种耦合模型进行了初始条件、边界条件和耦合参数等设定。仿真结果表明：在1.5 s的仿真过程中,玉米模型处于不同温度场数量符合正态分布,其中处于373 K的玉米模型数量为735个左右,大约75个玉米模型温度上升了7.9 K;滚筒内的帘板的转动对热气流有扰动加速作用,使帘板附近的空气速度由0.50 m·s^-1上升至0.63 m·s^-1。     

旱地全膜双垄沟玉米精量播种机的设计与试验

为满足旱地全膜双垄沟农艺技术要求,设计了一种玉米精量播种机。为实现播种机平稳工作、保证膜下播种深度,采用双向平行四杆仿形机构,根据初始工作角和最大上下仿形量,确定了仿形机构的各项尺寸参数,上下仿形量可达到98.35 mm,左右仿形角达到15.2°,满足仿形播种要求;为减少漏播,降低空穴率,采用凸轮-平面连杆开启式穴播轮;借助ADAMS软件对穴播器成穴过程进行仿真分析,探讨了穴播轮滑移率对穴孔形状的影响,并以此对播种机的前进速度进行优化,降低了空穴错位率。田间试验结果表明：全膜双垄沟播玉米精量播种机作业后空穴率为0.9%,穴粒数合格率为93.6%,膜下播种深度合格率为91.8%,穴位错孔率为2.5%,作业质量符合行业技术标准要求。     

振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机作业性能试验

为获得振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机最佳作业参数,依据振动减阻收获机理,通过改变影响振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机收获作业性能指标的4个主要作业参数：整机前进速度、挖掘深度、挖掘铲长度、曲柄偏心距,以挖掘机损失率、明薯率及伤薯率为评价指标进行马铃薯挖掘性能试验。结合正交试验研究,应用综合评分法得出了振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机作业时各参数的最优组合,即：整机前进速度为0.55 m·s^-1、挖掘深度为210 mm 、挖掘铲长度205 mm、曲柄偏心距为6 mm。按照该最优组合作业参数进行试验验证,结果表明,该马铃薯挖掘机明薯率为97.6%、伤薯为3.9%、损失率为3.5%,符合马铃薯收获机质量评价技术规范要求。     

苜蓿草粉对45#钢磨损性能的影响

以苜蓿草粉为磨料在磨料磨损试验机上采用二次正交旋转回归试验法分析了磨料粒度、转速和载荷3个条件因素对45#钢磨损量的影响规律,确定了磨损试验的最佳条件。在该条件下考察了苜蓿草粉对2种不同热处理的45#钢的软磨料磨损行为,用扫描电子显微镜对磨损表面形貌进行观察。结果表明,影响45#钢磨损性能的3因素由大到小依次为转速、磨料粒度和载荷;亚温淬火比退火的45#钢的耐磨性好;苜蓿草粉磨料对45#钢表面的磨损是软、硬磨料共同作用的结果。退火45#钢的软磨料磨损以多次塑性变形萌发的低周期疲劳剥落为主要磨损机制,淬火45#钢则以显微切削为主要磨损机制。