籽瓜收获机械研究现状与发展展望

籽瓜是我国北部地区重要的经济作物之一,研发适合我国农业现状的籽瓜收获机械,对降低劳动强度、提高籽瓜收获效率及我国农民的经济实力具有重要的意义。为此,分析了国内外籽瓜收获机械的研究现状,结合我国籽瓜种植模式,探讨现有籽瓜收获机械存在的问题,同时指出了籽瓜收获机向大型化、专业化和智能化收获发展的趋势,为提高籽瓜收获机械化水平提供了一定的参考依据。     

籽棉碰撞模型中恢复系数的测定及分析

为建立籽棉与其收获及处理机具工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,采用基于运动学方程的恢复系数测定装置,对籽棉恢复系数进行测定及分析。不同下落次数的籽棉恢复系数通过下落实验进行测试,实验装置下落高度范围200～400 mm、材料厚度2～6 mm,考察材料为Q235钢、铝合金、有机玻璃和橡胶的碰撞。针对含水率为12.54%的"中棉6913"籽棉品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究碰撞材料、材料厚度、自由下落高度和籽棉个数四因素对籽棉恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和材料厚度进行单因素试验,并获得下落高度和材料厚度对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响籽棉恢复系数因素的显著性顺序为:碰撞材料下落高度材料厚度籽棉个数;其中籽棉个数对恢复系数影响不显著。由单因素试验结果可得:籽棉与碰撞材料之间恢复系数顺序为:Q235铝合金有机玻璃橡胶;在试验范围内,籽棉恢复系数随着下落高度的增加而近似线性减小;随碰撞材料厚度的增加先呈显著增大后缓慢增大。上述结果可为籽棉收获及处理机具中相关工作部件的合理设计及籽棉与机构联合仿真提供理论参考。     

刷辊式采棉机的改进设计与试验

为提高刷辊式采棉机作业质量,满足轧花厂对统收式采棉机采获籽棉的进厂要求,该文在已有4MZ-3B型刷辊式采棉机工作时存在问题基础上优化刷辊工作参数并增加与刷辊配套使用的回流结构提升了采净率,降低了落地损失率、挂枝棉率、漏采率;改进挑棉辊形式,避免该部件因缠绕造成棉桃分离气力输送管道入口堵塞的现象,降低整机故障率;将棉桃分离气力输棉管道由气吹式改进为气吸式,提高棉桃回收率;将气棉分离装置由网孔式改进为切线导流式,解决了棉桃分离气力输棉管道与机载预处理装置过渡问题,在排出气流的同时保证物料运动顺畅;将机载预处理装置由"一清一回收"式改进为"一清二回收"式,降低籽棉含杂率及清杂损失率。设计改进及优化后形成4MZ-3C型刷辊式采棉机,并进行对比试验。与4MZ-3B型刷辊式采棉机相比,采净率提高了3.42%、落地损失率降低了0.85%、挂枝棉率降低了0.89%、漏采率降低了1.05%、棉桃回收率提升了74.57%、清杂损失率降低了0.63%、籽棉含杂率降低了3.71%。将4MZ-3C型刷辊式采棉机各项指标均优于采棉机作业标准,在获取高采净率的同时,保证籽棉的低含杂率,可充分满足中国棉花生产机械化需求。     

统收式采棉机棉桃分离回收系统的设计及试验

棉花机械化收获技术包括统收式一次采摘技术与选收式多次采摘技术,各有其特点与优势。随着棉花产业的发展和广大棉农的迫切需求,我国统收式棉花收获技术取得了一系列创新性成果,并能在生产实践中得到推广应用。统收式棉花收获机实施机械化采收时往往会将籽棉连同少量棉桃、茎秆、棉叶等杂质一起采收,采摘下的青桃由于含水率高,极易给籽棉染色,造成品质下降。为提高棉桃清分效率,减少籽棉损失及解决棉纤维被染色等问题,统收式采棉机实施机械化采收籽棉时,需增设棉桃分离装置。在介绍装置的组成和工作原理的基础上,依据试验所测量物料悬浮速度的差异性,设计气吹式、气吸式两种分离模式的棉桃分离装置,并基于ANSYS Fluent软件开展空气动力学的仿真分析与试验对比验证。结果表明:气吸式棉桃分离装置优于气吹式棉桃分离装置,其棉桃清分率提高20%以上,同时籽棉损失率减少5%。棉桃分离回收系统创新性研究成果,不仅有利于统收式采棉技术与装备的综合性能得到改善与提高,而且对促进我国棉花产业的可持续性健康发展有着十分重要意义。     

辊刷式蓖麻收获机采摘机构优化设计与试验

针对蓖麻机械化采收时采净率低、破损率高等难题,结合蓖麻物理特性和种植模式,研究设计了辊刷式蓖麻收获机采摘机构。首先在分析采摘机构总体结构的基础上阐述了辊刷式采摘原理,阐明了辊刷、螺旋输送器、传动系统等关键部件的设计。进一步地,为探究采摘机构相关参数的最优组合,提高蓖麻采摘质量,采用Box-Benhnken响应面试验设计理论,以前进速度、辊刷转速、刷丝长度为影响因素,以采净率、籽粒破损率及含杂率为作业质量评价指标,进行参数优化试验。建立各影响因素与指标之间的回归数学模型,并分析各因素对响应值的交互影响,同时对模型进行了综合优化,获得最优参数组合为:前进速度0.72 m/s、辊刷转速371.69 r/min、刷丝长度56.60 mm,对应的采净率、籽粒破损率、含杂率分别为90.81%、0.17%、11.27%。对优化结果进行验证试验,试验结果表明在最优参数组合下,采净率为91.36%、籽粒破损率为0.18%、含杂率为11.67%,各评价指标与预测值均很接近。研究结果可为辊刷式蓖麻收获机进一步完善结构设计和工作参数优化提供参考。     

圆盘切割式蓖麻采摘装置设计与试验

针对现有蓖麻收获装备采摘损失率较高、对低矮植株收获适应性差的问题,该研究结合蓖麻植株的生理特性,设计一种圆盘切割式蓖麻采摘装置。该装置配套于水稻或玉米联合收获机,通过双圆盘刀对蓖麻植株进行切割分离,再经过收割机的清选完成蓖麻收获。通过对装置关键部件的受力及作业原理分析,设计其关键结构参数。并以割茬高度差和采摘损失率为评价指标,以刀盘结构、刀盘转速、前进速度为试验因素进行三因素三水平的正交试验,在保证割茬高度差的前提下,以采摘损失率为主要指标,利用综合平衡法确定较优参数组合。田间验证试验表明：刀盘结构类型为波浪形,刀盘转速为600 r/min,前进速度为1.1 m/s时,平均割茬高度差为0.85 mm、平均采摘损失率为3.13%,切割过程平稳、损失率低,对种植农艺适应性好,满足蓖麻收获的田间作业要求。该研究可为蓖麻收获装备的研究和设计提供参考。     

蓖麻植株力学特性试验研究

为研究蓖麻力学条件,对蓖麻的果—柄接点、茎—柄接点和茎秆不同生长部位的抗拉特性、抗弯特性进行力学测试。结果表明：成熟期果—柄抗拉力和抗拉强度分别为3.31～6.74 N、3.48～8.31 MPa,收获期果—柄抗拉力和抗拉强度分别为1.90～4.15 N、2.42～5.28 MPa;茎—柄抗拉力和抗拉强度分别为15.78～37.07 N、19.70～3466 MPa;茎秆的抗拉力、弹性模量和抗拉强度分别为56.99～130.42 N、160.99～203.80 MPa、2850～65.21 MPa,茎秆的抗弯力、弯曲截面模量和抗弯强度分别为15.20～91.04 N、31.53～173.07 MPa、19.27～21.04 MPa。分析试验结果可知,果—柄连结强度与茎—柄连结强度、茎秆抗拉强度及抗弯强度之间存在显著性差异,证明在采摘过程中蓖麻果—柄接点更易分离,其次是茎—柄接点,通过合理设计采摘部件工作参数,可以实现只采收蓖麻蒴果,而较少破坏茎秆。     

机采籽棉预处理清理单元的结构设计及参数优化

统收式采棉机作业质量受限于机采籽棉预处理装置清理效率。本研究着力开展对机采籽棉预处理清理作业单元的结构参数及运行参数组合优化。考察4个因子锯齿间距A、锯齿辊直径B、锯齿辊转速C、排杂棒间距D的影响，2个试验指标为损失率X、含杂率Y。采棉机作业时采用三级串联的清理单元，后一级都能够对前一级清理单元的籽棉损失再次回收。因此，以单独一级清理作业单元为研究对象时，以籽棉含杂率为主，籽棉的损失率为辅的目标参数，选择含杂率权重分配为70%，损失率权重分配为30%。试验设计为2、4混合水平正交重复试验。试验结果表明：最优组合为A＝38 mm，B＝340 mm，C＝280 r·min^－1，D＝20 mm，综合评分为96.5。     

棉箱压实搅龙机构对籽棉压缩作用仿真及分析

建立棉箱压实搅龙机构的离散元仿真模型,仿真其在棉箱实际工作情况,并对压实搅龙机构工作过程中籽棉的压缩过程进行仿真分析,为棉箱压实搅龙的结构设计提供指导。仿真结果表明:籽棉颗粒数量增加时,压实搅龙推送作用对籽棉产生的圧缩力、籽棉颗粒间的挤压力、附着力、缠绕力均随着籽棉数目的增加而增大;当籽棉数量不再增加时,处于推送阶段籽棉间作用力较小,总压缩力趋于平缓;推送阶段结束后,籽棉数量没有增加,但在压实搅龙的推送下,籽棉于棉箱前端堆积相互挤压,籽棉颗粒间的压缩力显著增加,故籽棉的总压缩力快速增加。变径压实搅龙机构由于搅龙直径前大后小,堆积在棉箱尾部的籽棉由小径搅龙以稳定的输送量向前推送,前段大径搅龙将大量的籽棉推送压缩。变径搅龙阶段性推送,压实效果良好,其仿真模型可为其结构参数的设计提供理论参考。     

适合我国长江流域棉区的棉花机械化收获技术路线

长江流域棉花机械化收获是一项科技含量高的系统工程，涉及棉花品种、种植模式、水肥及化学调控、打顶、脱叶催熟、机械化采摘以及籽棉预处理等诸多环节配套使用。针对长江流域棉区特点，采用农机与农艺融合的轻型刷辊式采棉机，实施棉花机械化采收作业，形成适合长江流域棉花机械化收获的生产技术路线。