油菜收获机割台螺旋输送器间隙自适应调节机构研究

针对油菜联合收获过程中由于喂入量波动导致割台螺旋输送器堵塞的问题,设计了一种割台螺旋输送器间隙自适应调节机构,实现喂入量变化时实时改变滑块位移以自动调节输送器与底板之间的间隙。输送器动力学与运动学分析确定了调节机构预紧弹簧最大预紧力和调节位移分别为366 N和50 mm。运用扭矩传感器和高速摄像技术分别开展输送器扭矩和调节位移的性能试验,当弹簧预紧力和刚度分别为293 N和12.65 N/mm时,输送器扭矩为8.267 N·m,减少了40.7%,调节位移为10.2 mm,调节机构性能较优。调节机构对输送器性能影响试验结果表明:增设间隙自适应调节机构可明显降低扭矩并增加最大喂入量,螺旋输送器转速为150 r/min时扭矩减小了23%;转速为200 r/min时,最大喂入量增加至3.5 kg/s,提高了16.7%。喂入量在不大于3.0 kg/s范围内波动时,试验组最大扭矩小于对照组,说明调节机构可较好适应喂入量的波动。田间试验表明间隙自适应调节机构可提高输送器对喂入量的适应性,避免割台堵塞,后续的脱粒装置、清选装置等工作部件未发生堵塞,油菜联合收获机可正常工作。     

油菜联合收获后含杂油菜籽复清机设计与试验

针对现有油菜联合收获机收获作业时油菜籽粒细小不易分离导致收获后籽粒含杂率高、人工复清劳动强度大、缺乏晾晒前机械化复清装备的生产实际问题,设计了一种适于油菜联合收获机作业后含杂油菜籽的复清机。通过运动学和动力学分析确定了螺旋输送装置、离心振动式筛分装置和侧向风选装置的结构及其运行参数,解析了离心振动式筛分装置离心过程和振动过程,基于CFD分析了清选罩壳内部气流场状态。以振动频率、垂直振幅和离心风机出风口风速为影响因素,以油菜联合收获后含杂油菜籽复清机籽粒含杂率和筛分效率为评价指标,开展了单因素试验与正交试验,确定了较优运行参数组合。单因素试验结果表明：振动频率在12.08~14.61Hz,垂直振幅在3.59~3.64mm,离心风机出风口风速在5~7m/s范围内时,清选性能较优;正交试验结果表明：影响含杂率因素主次为离心风机出风口风速、振动频率、垂直振幅,影响筛分效率因素主次为振动频率、垂直振幅、离心风机出风口风速,确定较优参数组合：振动频率为14.61Hz、垂直振幅为3.61mm、离心风机出风口风速为7m/s,在此参数组合下,油菜联合收获后含杂油菜籽复清机的籽粒含杂率平均值为0.53%,筛分效率平均值为98.39%,符合油菜籽粒后续存储标准（含杂率小于3%）。     

油菜联合收获机滚筒筛式复清装置设计与试验

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构参数与运行参数范围;以滚筒筛式复清装置的损失率、清洁率及筛分效率为评价指标,以滚筒筛转速、筛网内助流螺旋叶片螺距和筛孔直径为影响因素,基于EDEM开展了三因素三水平正交试验,确定了最佳参数组合,并利用收获关键部件试验台开展了验证试验。仿真结果表明：当喂入量为0.6kg/s时,滚筒筛式复清装置的较优参数组合为筛孔直径5mm、滚筒筛转速105r/min、筛网内助流螺旋叶片螺距250mm,此时滚筒筛式复清装置损失率为0.92%、清洁率为98.96%、筛分效率为95.12%。台架验证试验表明,带有滚筒筛式复清装置的清选系统工作顺畅,在最佳参数组合条件下,滚筒筛式复清装置的损失率为0.96%、清洁率为98.67%、筛分效率为95.36%,对比未增加滚筒筛式复清装置前清洁率提升了4.38个百分点。研究可为油菜联合收获机清选装置结构改进和优化提供参考。     

基于ADAMS的油菜割晒机顺向侧铺装置参数优化与试验

针对常规立式油菜割晒机多采用侧边铺放方式,茎秆铺放方向与机组前进方向垂直,油菜茎秆铺放角差异大、姿态各异,易导致后续捡拾作业喂入量波动和捡拾不彻底等现实问题,提出了一种油菜割晒机顺向侧铺装置,分析了关键部件作业参数,基于ADAMS开展了铺放质量的仿真优化试验。利用运动学与动力学分析了割台排禾口处茎秆的平抛运动过程及其落地后的定轴转动过程,结合茎秆铺放角形成机理,计算得出拨禾星轮齿数为7、转动角速度为6.27rad/s,确定了排禾导向板曲线参数方程;基于ADAMS构建了油菜茎秆顺向侧铺装置的多体运动学仿真模型,以机组前进速度、横向输送链速比、割台倾角为因素,以茎秆铺放角为评价指标,开展了Box-Behnken仿真试验,以铺放角最小为目标构建了优化目标函数,运用Design-Expert软件求解得到最佳参数组合并开展了仿真和田间验证试验。Box-Behnken试验结果表明,最佳参数组合为机组前进速度0.93m/s、横向输送链速比1.11、割台倾角117.93°,理论最优铺放角为15.25°。仿真验证试验结果表明,在最佳参数组合条件下,铺放角仿真值为14.42°,与理论值相对误差为5.4%。田间试验结果表明,油菜顺向侧铺装置作业顺畅、无堵塞,油菜茎秆平均铺放角为17.25°、平均铺放宽度为752mm、平均铺放层高度为323mm,可满足实际生产需求。该研究可为立式油菜割晒机铺放装置结构改进和优化提供参考。     

龙门式电驱动油菜薹收获机设计与试验

针对油菜薹机械化收获装备匮乏的问题,设计了一种龙门式电驱动油菜薹收获机,实现油菜薹切割、夹抛、输送、收集、跨厢面遥控自走功能。阐述了收获机整机设计方案,设计了立式回转夹抛切割装置,确定了分禾器、割刀和夹抛辊结构参数;通过割台夹抛过程力学与运动学分析,明确了油菜薹切割、夹抛输送作业影响因素,确定了割刀、夹抛辊结构和运动学要求;搭建油菜薹收获试验台,以切割效果、输送效果为评价指标开展单因素试验和正交试验,结果表明当割刀转速为234r/min、夹抛辊转速为120r/min、喂入速度（机具前进速度）为0.56m/s时综合收获效果最佳。田间收获验证试验表明,设计的收获机作业效率可达到0.41hm2/h,综合切割效果为95.6%,综合输送效果为95.2%,满足油菜薹收获要求。该研究可为油菜薹机械化收获装备的结构设计优化提供参考。     

油菜联合收获机分体组合式割台的设计

针对油菜联合收获机割台损失大和脱离滚筒因油菜茎秆高粗导致脱离装置出现堵塞的问题,在传统割台具有切割与推送系统的基础上增设了一种对茎秆具有初步切断和脱粒分离功能的油菜联合收获机分体组合式割台,并采用运动学和动力学方法分析确定了割台的复合式推运器和拨禾轮等关键部件参数。试验结果表明:设计的分体组合式割台集成了切割、拨禾、分禾、推送、初步切断茎秆和脱离的功能,可将油菜茎秆切断为长度小于450mm的短茎秆,能有效避免油菜茎秆堵塞脱离滚筒,提高脱离滚筒内部物料流动的通畅性,保证联合收获机的稳定性和适应性。     

履带联合收获机式动力平台油菜直播机设计与试验

针对长江中下游稻油轮作区油菜播种作业常因前茬稻收后秸秆量大,机具一次进地难以完成播种作业所有工序,且土壤含水率较高时易打滑沉陷,而联合收获机专用收获利用率较低等问题,提出了一种以联合收获机为动力平台配置油菜播种机组合式方案,设计了一种履带式联合收获机为动力平台的油菜直播机,该机通过前置收获平台收集浮草残茬,后置耕播系统实现旋耕播种,能用于稻收后未处理地表直接进行油菜播种作业,一次进地能完成秸秆还田、种床旋耕、作畦开沟与播种覆土等工序。设计了导轨式悬挂升降系统,基于ANSYS Workbench、Matlab优化工具箱开展了静力学分析,校核了悬挂升降系统强度并优化了链传动参数,确定了整机各部分结构与参数。通过对整机纵向稳定性进行分析,得到其纵向稳定性储备利用系数为0.198,符合履带式机组质量配置要求。以耕深稳定性系数、碎土率、旋耕层深度合格率以及机具通过性与工作稳定性为指标进行田间试验,试验结果表明,工作参数设置为作业速度0.6m/s、发动机转速2000r/min、导草装置风机转速3500r/min时,在留茬与土壤含水率较高工况下作业机具通过性和工作稳定性较好,耕深稳定性系数和旋耕层深度合格率均达90%以上,碎土率达83.7%,可满足稻油轮作区水稻收获后地表直接开展油菜播种作业农艺要求。     

油菜基质块苗移栽机取苗装置设计与试验

针对油菜基质块苗机械化移栽过程中,缺乏取苗装置完成栽植作业的生产现状,该研究设计了一种油菜基质块苗移栽机取苗装置。取苗装置的工作过程包括:气动分苗及对辊取苗2个阶段,确定了取苗装置稳定运行的工作参数,构建了移栽过程中气动分苗阶段和对辊取苗阶段的运动学模型。开展了同步带线速度、载苗台安装角度、辊轮线速度对取苗成功率、取苗同步率影响的二次旋转正交组合试验。结果表明:同步带线速度为120.9 mm/s、辊轮线速度为238.2 mm/s、载苗台角度为31.9°时取苗效果较优。较优参数组合条件下,台架试验的取苗成功率为93.42%,取苗同步率为94.42%,田间试验的取苗同步率为92.71%,满足油菜基质块苗移栽机取苗技术要求。研究结果可为油菜基质块苗移栽机取苗装置的结构改进提供参考。     

自走式油菜薹收获机设计与试验

针对现有油菜薹收获机械匮乏,人工采摘效率低、成本高等问题,结合油菜薹生物学特性与农艺要求,研制了一种自走式油菜薹收获机,可实现自走、自动升降、茎叶统收,一次性完成油菜薹切割、输送与收集等工序。基于动力学与运动学分析了油菜薹收获切割、输送及收集过程,得出了影响收获效率的主要因素,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置、割台双升降系统的设计与参数分析。以前进速度、切割线速度、输送带线速度及拨禾轮转速为因素,油菜薹收获漏割率、输送失败率及茎叶破损率为评价指标,开展了二次回归正交旋转台架试验,应用综合评分法确定了最优作业参数组合为：前进速度0.56 m/s、切割线速度0.50 m/s、输送带线速度0.79 m/s、拨禾轮转速49.70 r/min,在最优参数组合下,油菜薹收获效果较优。田间试验结果表明收获机作业后割茬整齐,在最佳参数组合下,漏割率为4.28%,输送失败率为3.42%,茎叶破损率为6.39%,可满足油菜薹实际生产需求。     

油麦兼用型气送式集排器分配装置设计与试验

针对宽幅、高速播种作业中缺少与播种机相匹配、油菜及小麦兼用、稳定排种的气送式集排器分配装置的生产实际问题,设计了一种可实现24行排种的穹顶状分配装置。阐述了穹顶状分配装置的工作原理,确定了分配装置穹顶状曲面方程及关键参数间的关系,分析了输送气流及分配装置结构对种子速度的影响。通过二次旋转正交组合试验,应用DEM-CFD气固耦合仿真,分析了穹顶状上弧板所处球体半径、导流隔板长度、导种口高度对分配装置各行排量一致性的影响,结果表明：当穹顶状上弧板所处球体半径为245mm、导流隔板长度为20mm、导种口高度为20.5mm时,油菜及小麦种子各行排量一致性较优;在较优参数组合下,穹顶状分配装置内可有效实现种子与输送气流的二次混合,油菜、小麦种子各行排量一致性变异系数分别为4.96%、3.82%。利用智能种植机械测试平台进行了较优参数组合下穹顶状分配装置排种性能验证试验,结果表明：气送式集排器供种装置转速为20～50r/min时,油菜各行排量一致性变异系数低于5%、单行排量稳定性变异系数低于5.3%,小麦各行排量一致性变异系数低于3.9%、单行排量稳定性变异系数低于4.9%,破损率均不高于0.05%,满足油菜及小麦排种性能要求。