青贮玉米切叶蚁上颚仿生粉碎刀片设计与试验

针对青贮玉米收获机粉碎刀片锋利度差、滑切性能弱等问题,该研究以切叶蚁上颚为设计原型,采用逆向工程技术提取并拟合其上颚滑切曲线,并依据该曲线设计一种仿生刃口曲线。应用EDEM构建秸秆离散元模型进行仿真切割试验,对比仿生刀片、斜刃刀片、直刃刀片在横切角90°、切削角0°参数条件下对秸秆的切割力变化过程,并利用高速摄像机记录台架对比试验中秸秆切割变形过程,结果表明秸秆切割变形过程可分为3个阶段：挤压阶段、切割阶段及贯穿阶段。仿真试验中仿生刀片对秸秆的最大切割力相较斜刃刀片、直刃刀片分别降低4.05%、6.09%,台架对比试验中仿生刀片对秸秆的最大切割力相较斜刃刀片、直刃刀片分别降低10.53%、12.82%,仿生刀片在提高秸秆切面平整度和降低秸秆最大切割力方面均具有明显优势。以刀型、横切角、切削角为试验因素,以秸秆的最大切割力为试验指标开展秸秆切割台架正交试验。试验结果表明：刀型、横切角对秸秆的最大切割力有极显著影响,切削角对秸秆的最大切割力有显著影响。使用较优参数组合进行验证试验的结果表明,横切角90°、切削角20°、仿生刀片对秸秆的最大切割力为623.3 N。研究结果可为青贮玉米收获机粉碎刀片设计提供理论参考。     

压力磨盘式薏苡脱壳装置的设计与试验

为提高薏苡脱壳质量,运用柔性剪切揉搓脱壳原理,设计了一种压力磨盘式薏苡脱壳装置。装置主要由进料搅龙、动磨盘、压力磨盘和压力调节装置等部件组成。工作时,薏苡随进料搅龙进入脱壳空间,依靠两磨盘之间的压力和摩擦力对薏苡进行揉搓脱壳,当压力磨盘受力大于薏仁破碎力时被顶起,以增大脱壳间隙,保护薏仁。对薏苡在导流区、破壳区和分离区的受力进行分析,确定影响薏苡脱壳质量的主要因素为薏苡含水率、脱壳转速、脱壳间隙和预紧力。以脱净率、破损率为试验指标,通过单因素试验确定薏苡脱壳装置的最佳参数范围;基于单因素试验结果,选取含水率为7%的薏苡,以脱壳装置的转速、脱壳间隙和预紧力为试验因素,脱净率和破损率为响应指标,进行三因素二次回归正交旋转组合试验,结果影响薏苡脱净率的主次因素依次为预紧力、脱壳间隙、脱壳转速,影响薏苡破损率的主次因素依次为脱壳间隙、预紧力、脱壳转速;基于响应曲面法对回归模型进行多目标优化,优选出脱壳装置的最佳作业参数组合为脱壳转速513.625 r/min、脱壳间隙2.061 mm、预紧力119.628 N,薏苡脱净率为91.731%、破损率为9.612%。将优化参数圆整,对薏苡进行连续脱壳作业,测得薏苡脱净率为91.12%,破损率为8.93%,可满足实际生产要求。     

薏苡压缩力学特性试验及响应面优化

为研究薏苡力学特性,提高机械脱壳方式下的薏苡脱壳质量.以破壳力和破仁力为试验指标进行了薏苡的压缩力学特性试验.采用单因素试验分析施压方向、施压速度和干基含水率对薏苡破壳力和破仁力的影响,通过Box-Behnken中心组合试验设计建立了破壳力、破仁力与试验因素的数学回归模型,并利用响应面法以薏苡可承受的破壳力最小、破仁力最大为优化目标得到薏苡脱壳的最佳组合参数为:施压方向为正向施压,施压速度7.598 mm.min-1,干基含水率7.048％,此时的薏苡可承受的破壳力为22.067 N,破仁力为86.016 N.经平行试验验证得到的破壳力为21.1 N,破仁力为82.6 N.验证结果与优化结果误差均小于5.0％,优化结果具有较高的可信度.研究结论可为薏苡脱壳加工装备的研究与优化提供理论依据与技术参考.