玉米全膜双垄沟气动直插式穴播机设计与仿真

玉米全膜双垄沟播农艺技术抗旱、增产,实现其机械化膜上播种将是必然趋势。依据玉米全膜双垄沟农艺技术要求,设计了气动直插式穴播机,对作业机关键作业参数进行了设计计算,并结合STEP控制函数对其播种运动轨迹进行仿真分析。为揭示气动播种单体成穴器与种床土壤互作机理,借助ABAQUS有限元法构建了成穴器与种床土壤互作三维模型,分别获得了对应的Mises应力云图、空间位移云图和塑性应变云图。仿真结果分析表明:在相同的气动直插播种作用力下,锥形成穴器与种床土壤互作应力最大值约为1.541 MPa,是楔形成穴器与种床土壤最大值的1.39倍;在相同的载荷与分析步时间内,锥形成穴器对种床土壤作业下的最大塑性变形量约为19.35mm,楔形成穴器对种床土壤的最大塑性变形量约为12.35 mm。因此,锥形成穴器较楔形成穴器形成播种穴孔的能力及动土量效果更好。研究结果将为西北旱区玉米全膜双垄沟机械化播种装置的研发提供参考。     

基于MBD-DEM的胡麻喷药机越障性能仿真分析

为探究四轮自走式胡麻喷药机越障性能,采用多体动力学(MBD)和离散元(DEM)耦合法对其进行仿真,分析机身质心位移及速度变化、前轮速度及加速度变化过程。结果表明:在越障过程中机身运行平稳,最大行走速度0.45 m/s,最小速度为0.05 m/s;左、右前轮在单独驱动马达提供动力时受颗粒床体影响会产生行走速度差,最大为0.08 m/s。行驶过程中左右前轮加速度数值保持一致,但加速度曲线比速度曲线变化更剧烈。     

全膜双垄沟起垄覆膜机横向土带堆放机构的设计与试验

为增强全膜双垄沟起垄覆膜机的覆膜、覆土质量,聚集降水,减少水土流失和地表径流,提出偏置轴承式、凸轮顶杆式、地轮拨齿式3种横向土带堆放机构,运用SolidWorks Motion对3种机构进行运动仿真与机构分析,优选出工作时间短、急回特性明显的横向土带堆放机构,并进行田间验证试验。仿真结果表明:在相同仿真参数情况下,地轮拨齿式横向土带堆放机构完成1次抖土压膜工作所需时间仅为0.29 s,抖土板位移为530.45 mm,倾角和张角分别为29.00°、21.39°,最大电动机消耗功率最小。田间验证试验表明:作业后横向土带宽度合格率为96.5%,间距合格率为95.3%,厚度合格率为95.5%。相比较偏置轴承式和凸轮顶杆式,地轮拨齿式机构放土质量均匀,急回效果好,不易粘土,能耗最少,覆土覆膜效果较好,符合全膜双垄沟作业要求,适宜于全膜双垄沟覆膜种床横向土带堆放。     

一种振动式苜蓿地土壤—根系破碎机设计

针对目前苜蓿多年种植地土壤板结加剧,致使耕地土层结构密实且坚硬,压实效应过分显著,所引起犁底层坚硬,土壤容重增大,土壤营养成分迅速下降等问题,基于传统深松技术的基础上进行创新研究,设计出一种自激振动式苜蓿地土壤—根系破碎机。通过对破碎机的工作原理和根系破碎过程进行分析,计算确定主要结构参数,并对灭茬装置、整地碎土装置、限深装置等关键部件进行设计,以期为苜蓿地土壤—根系复合体机械化耕作机具的研发提供参考与借鉴。     

全覆膜直插式穴播机的设计与试验

为满足全覆膜膜上穴播的机械化作业要求,设计了一款全覆膜直插式穴播机。该机利用组合槽轮机构驱动实现间歇运动,以曲柄滑块机构做直线往复运动进行直插播种,成穴器垂直入土、出土,并在入土到最低端强制开启,实现零速投种,解决了传统滚轮穴播器膜上播种时存在撕膜、挑膜、穴位错孔等问题。全覆膜玉米膜上播种试验表明:整机作业性能优异,关键指标均达到NY/T 987-2006《铺膜穴播机作业质量》标准的要求。     

变径变间距种子玉米脱粒试验台工作参数优化与试验

为提高变径变间距种子玉米脱粒试验台的脱粒效率,降低脱出籽粒损失率,利用Design-Expert软件中Box-behnken试验设计原理,以脱粒轴转速、喂入量、板齿间距为影响因子,脱净率和破碎率为响应值,设计三因素三水平试验优化方案,建立各影响因子及交互作用对脱净率、破碎率的二次回归模型,并对模型进行方差分析,得出试验台最佳脱粒参数,并进行脱粒试验。结果表明:各影响因子对脱净率影响显著性主次依次为:脱粒轴转速、喂入量、板齿间距;各影响因子对破碎率影响显著性主次依次为:脱粒轴转速、喂入量、板齿间距。该机最优工作参数为:脱粒轴转速194～245 r/min,喂入量1.98～3.7 kg/s,板齿间距110～166 mm,此时脱净率为99.82%,较优化前增大0.04%～0.64%;玉米籽粒破碎率为0.30%,较优化前降低0.03%～0.32%,符合玉米脱粒机基本作业标准。     

基于BP神经网络及遗传算法的组合式板齿脱粒装置参数优化

以喂入量、脱粒轴转速、板齿螺旋角和排芯口压板压力为自变量,脱净率、籽粒含杂率、籽粒破碎率为响应值,建立脱粒装置的神经网络数学模型。用Matlab优化工具箱对该模型进行优化,求得脱粒装置各因素之间的最佳组合,并用遗传算法对优化结果进行验证。结果表明:应用Matlab优化工具箱对该模型进行优化后,籽粒含杂率提高了0.97%~1.70%,所求得的脱粒装置各因素之间最佳组合与试验优化结果拟合度高,能够准确地预测组合式螺旋板齿种子脱粒机的工作参数与作业性能。     

全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机设计与试验

为进一步提升全膜双垄沟覆膜种床机械化耕整作业效果与作业效率,基于全膜双垄沟种床双幅覆膜覆土农艺技术栽培模式,设计全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机,实现了全膜双垄沟种床构建过程中的旋耕、起垄、施肥、双幅覆膜覆土及镇压的一体化作业。在设定联合作业机传动系统的前提下,对样机关键部件进行设计与选型,确定其旋耕刀组、排肥装置、提土-种床覆土装置的工作参数与功耗,同时解析了刮板式提土装置、水平双向螺旋输土装置作业过程,得到满足双幅覆膜种床各部位覆土的必要条件。应用离散单元法对提土-种床覆土装置"提土-输土-覆土"动态作业过程进行数值模拟,分析了各工作环节输土、覆土特性,对影响覆土作业效果的相关因素进行了探讨。田间试验结果表明,当全膜双垄沟双幅覆膜覆土联合作业机前进速度为1. 10 m/s时,采光面地膜机械破损程度为39. 8 mm/m~2、种床膜边覆土宽度合格率为94. 5%、大垄垄体中心覆土宽度合格率为91. 6%、种床覆土厚度合格率为97. 5%、种床起垄高度合格率为93. 2%,试验指标均符合国家与行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求,田间试验工况与仿真结果基本一致。     

全喂入式胡麻脱粒机的设计与试验

针对胡麻籽粒小、茎秆易缠绕、喂入流动性差等特点,采用垂直排列D型纹杆闭式脱粒滚筒和菱形棱角型栅栏式凹板组和的方式,设计一种全喂入式胡麻脱粒机。以陇亚14号胡麻为试验材料,对其茎秆进行生物力学特性试验,运用ANSYS Workbench和Fluent对脱粒机机架和风选系统分别做模态及流场模拟分析,并进行脱粒试验。结果表明:当陇亚14号胡麻中部茎杆含水率为9.43%时,抗拉强度为179.6 MPa,抗弯强度1.79 MPa,剪切强度0.19 MPa;机架前8阶固有频率范围为46.19～257.20 Hz,振幅范围7.53～115.63 mm,在第6阶频率190.46 Hz处出现最大振幅为115.63 mm,在第5阶固有频率190.01 Hz处出现第2大振幅114.99 mm;当脱粒滚筒主轴转速为1 500 r/min时,垂直悬浮筒进口风速达到了6.3～10 m/s,离心风扇径向边缘风速可达50 m/s,垂直悬浮筒进口到离心风扇之间的压强在-500～-1 000 Pa,离心分离筒内壁面压强4 000 Pa,排杂口压强4 799.27 Pa;脱粒时作业机脱净率为98.86%,含杂率2.15%,破碎率0%、夹带损失率0.8%、清选损失率0.27%、飞溅损失率1.8%、未脱净损失率0.09%,总损失率2.97%。该机整体设计符合国家标准要求,满足胡麻脱粒作业需求。     

双孢蘑菇工厂化生产关键配套装置设计与试验

针对双孢蘑菇工厂化生产过程中有关二次发酵培养料装盘-码盘,托盘在育菇床架收布及双孢蘑菇采摘3个关键作业环节,分别设计了与各环节相配套的培养料连续装盘-码盘装置、培养料托盘机械化收布装置及与机械式育菇床架配合使用的移动式采菇滑车等作业装置,结合双孢蘑菇栽培技术要求确定了该配套装置各关键部件设计参数,并进行了作业性能测试。装置性能试验结果表明:设计的相关作业环节配套装置运行可靠、稳定,培养料压实厚度保持在269.8~281.5 mm,紧实度均值达到491.4 kg/m3,压实均匀性保持在97.38%~99.62%之间,压实效果满足双孢蘑菇后续工厂化生产需求;涉及3个工段的装置基本运行生产时间不超过5 min,提高了双孢蘑菇工厂化生产效率;设计装置产量效应显著,配套装置栽培双孢蘑菇的小区产量均值可达17.61 kg/m2,较传统人工栽培提高了5.79 kg/m2。研究结果将为双孢蘑菇工厂化生产配套装置的设计研发提供参考。