小麦秸秆压缩弯曲特性试验研究

为给秸秆圆捆打捆装置和其它打捆机构提供相应的力学参数和理论基础,根据麦茎秆的几何尺寸,并利用万能试验机控制夹具加载速度对不同含水率的麦秸秆进行弯曲、轴向压缩和径向压缩等力学特性试验,得出载荷-位移等曲线,并获得相关力学参数数据。利用Origin将数据直观地反映出来,再用MatLab对试验数据进行拟合,得出拟合方程。试验结果表明:麦秸秆压缩所需要的力大于弯曲所需的力;含水率和夹具加载速度在一定范围内时,无论是在麦秸秆的弯曲试验还是压缩试验中,载荷峰值的大小与加载速度和含水率都有关,因此在设计打捆压缩成型机构时需考虑含水率与其关键机构工作转速对打捆装置的影响。     

秸秆打捆机柱塞驱动机构的结构设计与分析

针对目前玉米秸秆收集效率低的问题,进行了打捆机柱塞驱动机构结构设计与参数优化,通过理论计算设定了柱塞驱动机构3组结构尺寸,利用Solid Works软件对打捆机构进行三维建模,并采用有限元对其进行仿真分析。根据仿真分析结果获得驱动连杆应力和应变分布情况,最终确定柱塞驱动机构采用对心式空间布置,曲柄、连杆长度分别为330mm与750mm。进行了整机性能验证试验,试验结果表明:成捆率达到98.3%,规则草捆率达到97.7%,草捆密度达到165~180kg/m3,机器运行安全、可靠、性能优良。该机构能够满足玉米秸秆打捆作业工艺要求,研究结果可为相关技术研究提供参考。     

棉秸秆力学特性和拉拔阻力研究

棉秆力学特性是研究棉秆收获机械的理论基础。为此,通过采集不同时期的棉秆,测定力学性能和物理性能;通过典型相关性分析,研究棉秆的物理性能与力学特性的关系;采用线性回归模型分析棉秆起拔力、土壤紧实度、棉秆直径及棉秆含水率的关系,对模型进行优化并建立棉秆的起拔力模型。试验结果表明:抗拉强度在含水率最高为61%时达到最大值37.65MPa,当含水率在在15%～50%之间,棉秆的抗拉强度变化不大,平均抗拉强度集中在21.5～25.8MPa之间;对于抗弯强度,在含水率在为15%时达到最高值33MPa,当含水率在25%～55%之间,棉秆的抗弯强度变化不大,平均抗弯强度集中在23.5～27MPa之间;对于棉秆起拔力,在土壤紧实度为最低的3.3kg/cm时达到最小值340.7N,棉秆的起拔力随着土壤紧实度的降低而减小。通过典型相关性分析可知:棉秆的弯曲破坏载荷及拉伸破坏载荷与棉秆的直径和棉秆的含水率都有着显著的相关性,且棉秆直径对弯曲和拉伸破坏载荷的影响远大于含水率对棉秆拉伸和弯曲破坏载荷的影响;含水率与棉秆的抗拉强度呈正相关,与抗弯强度呈负相关。对棉秆的起拔力与棉秆含水率、棉秆直径及土壤紧实度进行多元回归分析,得到棉秆起拔力与棉秆直径以及土壤紧实度的模型为y=-111.73707+45.39254x_1+23.89125x_2,其拟合优度为0.81,可用于对棉秆起拔力的预测和拔棉秆机的设计研究。该研究对于推进棉秆机械化回收发展具有重要的指导意义。     

齿盘式棉秆收获机的设计

为提高棉花秸秆机械化回收水平,研究不同参数对棉秆机械化回收的影响,解决棉秆收获机漏拔、拔断率高等突出问题,该文研究设计了一种齿盘式棉秆收获机。齿盘式棉秆收获机由悬挂装置、限深轮、拔秆装置、排秆装置、液压系统组成。该机关键部件为齿盘式拔秆装置,作业时通过齿盘将棉秆起出,随后通过排秆装置将棉秆排至地表。棉秆的漏拔率、拔断率是评价齿盘式棉秆收获机作业性能的主要指标,通过Box-Behnken的中心组合试验方法对齿盘式棉秆收获机的工作参数进行研究,设计了三因素三水平二次回归正交试验,以齿盘的直径、齿盘速比、起拔高度为影响因素,建立响应面三维模型。分析得出各因素对作业质量的影响,同时对影响因素进行综合优化。结果表明:起拔高度、齿盘速比对棉秆拔断率影响显著(P0.01),起拔高度、齿盘直径及齿盘速比对棉秆漏拔率影响显著(P0.01),优化后的最优工作参数组合为起拔高度66.2 mm、齿盘直径627.59 mm、齿盘速比0.57。大田试验结果表明,在工作参数为起拔高度70 mm、齿盘直径630 mm、齿盘速比0.57作业条件下,棉秆拔断率达到1.5%,棉秆漏拔率3.0%,与理论推导值对比误差均小于4%。研究结果可为齿盘式棉秆收获机的结构完善设计和作业参数优化提供参考。     

断齿式挤压脱水流道内流场数值模拟

为了探讨在间断距离影响下断齿式螺旋流道的脱水性能,采用双流体模型对断齿螺旋在20、35、50 mm 3种间断距离下的流场进行数值模拟,对比分析了3种结构参数模型下断齿式螺旋脱水装置工作性能、流道内颗粒浓度分布、颗粒速度分布及多孔介质区域内外压差分布情况。研究表明,数值模拟结果能够较为准确地推测断齿式螺旋挤压脱水装置的内部流动特性。50 mm间断距离下断齿式螺旋挤压脱水装置工作效率最大下降了7.9%,20 mm间断距离下出渣口颗粒体积分数下降3.2%;流道内颗粒体积分数变化分3个阶段,整体呈波浪型递增式趋势,间断长度对腔体内部流态影响较大。间断区对颗粒运动具有一定的缓冲作用,间断距离长短能够控制颗粒在腔体内的滞留时间。多孔介质区域内外侧压差在脱水后期增幅最大,相同工况下间断距离越小压差越大。本次模拟计算下最优间断距离为35 mm、出渣口压力为5 000 Pa、转速为50 r/min。该研究可为断齿式螺旋挤压脱水装置的设计提供参考。     

断齿式螺旋挤压装置设计与试验

螺旋挤压装置是影响挤压分离机工作性能的关键部件,为了提高其分离效率,采用两段式变螺距设计方案,设计了一种连续叶片与断齿叶片相结合、具有切割功能的断齿式螺旋挤压器,并对筛网等关键部件进行了结构设计,研制出一种断齿式螺旋挤压装置。以猪粪为原料,以挤出物含水率和挤出固形物产量为考核指标,进行了脱水分离性能试验,并与连续式螺旋挤压分离机进行了性能对比试验。结果表明:断齿式螺旋挤压装置能够大幅度地提高畜禽粪污的分离速度,挤出固形物产量约为460kg/h,挤出物含水率约为60%;与连续式螺旋挤压分离装置相比,具有建压时间短、出料阻力小及高效节能等优点,能够较好地满足畜禽粪污高效分离的生产工艺要求。     

畜禽粪污固液分离机断齿螺旋脱水装置运行参数优化

固液分离是畜禽粪便后续处理利用的重要环节,针对现有固液分离机处理高浓度粪污混合物存在效率低、分离效果差等问题,该文设计了一种断齿螺旋脱水装置,以高浓度猪粪为试验对象,采用Box-Benhnken中心组合试验对断齿螺旋脱水装置的工作参数进行了优化试验,以螺旋转速、间断距离、配重位置为影响因素,以分离效率和挤出物含水率为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的多元数学回归模型。通过试验并结合生产实际,最终获出最佳工作参数组合为:间断距离37 mm,转速56 r/min、配重块处于配重杆309 mm位置处(相对位置),此时分离效率为5.43 m3/h,挤出物含水率为53.52%,试验结果与理论优化值间的误差小于10%,最优参数组合下固体回收率实测值为54.91%,表明该文得出的多元数学回归模型与真实值间的拟合度较高,可为高浓度粪污混合物固液分离机的设计与应用提供参考。     

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。     

秸秆低速剪切粉碎机设计与试验

为解决普通粉碎机存在工作转速高、粉碎粒度不集中、粉碎能耗大、效率低的问题,设计一种秸秆低速剪切粉碎机。阐述秸秆低速剪切粉碎机的整机结构和工作原理,并对粉碎齿盘的结构、安装位置进行分析与设计,设计厚度为10 mm,齿距为30 mm的粉碎齿盘,开展玉米秸秆粉碎试验。试验结果表明粉碎长度小于30 mm的秸秆达92%,且粉碎后的秸秆形态规整,切口整齐,验证粉碎齿盘设计理论的可行性,能够满足低速剪切粉碎的作业要求。     

链耙捡拾机构双链传动同步性监测系统的设计*

为实现链耙式残膜回收机作业过程中链耙捡拾机构双链传动同步性的实时监测,设计一种基于电涡流传感器的链耙式残膜回收机双链传动同步性监测系统。该监测系统以STC89C52单片机硬件系统为下位机,通过电涡流传感器和霍尔传感器分别获得链耙捡拾机构与动力轴转速信息,判断收膜机链耙捡拾机构运行状态,并通过HC-12无线模块将状态信息传输至SG121-BGCM型工控机人机界面实时显示。室内试验表明,在收膜链耙转速为168 r/min时,系统对链耙捡拾机构跳齿情况监测准确率为96%以上;田间试验表明,在收膜机前进速度取8 km/h,链耙捡拾机构转速取168 r/min 时,跳齿监测准确率为95%以上。该监测系统实现了对链耙式残膜回收机运行状态的实时高精度监测,有助于提高残膜回收机作业可靠性。