4LZ―3.0型辣椒收获机的设计与机理分析

为实现辣椒的机械化收获,设计了一款用于辣椒收获及清选分离的联合收获机。本文介绍了整机的结构及工作原理,对关键部件做了设计,确定辣椒采摘及清选分离的结构参数,分析辣椒采摘及清选分离机理,测得辣椒及椒叶的悬浮速度模型。试验表明:当作业速度为5.3km/h、弹指滚筒转速为210r/min、星形盘及星形轮间距为200~220mm、星形轮转速为200r/min、清选气流速度为5~8m/s时,辣椒采净率为97.1%、辣椒含杂率为9.8%。该机作业效率高,能耗小,采摘的辣椒可集中堆放,真正实现辣椒的机械化收获,增强国产辣椒收获机的市场竞争力。     

油菜联合收获机脱出物空气动力学特性测定

油菜收获脱粒装置脱出物包含油菜籽粒、茎秆、荚壳和轻杂物4种成分,采用PS-20型物料悬浮速度试验台对脱出物悬浮速度进行了测定.结果显示籽粒悬浮速度随粒径呈线性关系,茎秆悬浮速度随直径呈二次多项式关系.茎秆长度(＜ 100 mm)对其悬浮速度影响不显著;籽粒和茎秆悬浮速度较为接近,在7～ 10 m/s之间,远大于荚壳和轻杂物悬浮速度(1～3 m/s).籽粒和荚壳悬浮速度与含水率呈线性增长关系,而茎秆和轻杂物悬浮速度与含水率呈指数增长关系.研究表明,清选时根据不同脱出物悬浮速度差异,采用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的荚壳和轻杂物,气流清选流速以4 ～6 m/s为宜.     

基于EDEM-Fluent的残膜与杂质悬浮分离仿真与试验

基于残膜与土壤、秸秆等杂质在密度、悬浮速度、流动特性等方面的差异,提出了一种基于EDEM-Fluent耦合的残膜与杂质悬浮分离方法。阐述了3种残膜与棉花秸秆、土壤混合物悬浮分离速度测定法,即理论计算法、仿真分析法和台架试验测定法,利用3种方法分别测定残膜悬浮分离速度。利用EDEM-Fluent耦合的方法模拟残膜与杂质悬浮分离的过程,3种残膜混合物料中土壤和秸秆总质量占比分别为40%(其中土壤占30%)、60%(其中土壤占50%)和80%(其中土壤占70%)时,残膜悬浮速度仿真值为4.77～5.83 m/s、4.89～6.46 m/s和5.31～7.40 m/s; 3种残膜混合物悬浮分离速度台架测定试验值为4.67～5.77 m/s、4.88～6.37 m/s和5.29～7.22 m/s。残膜悬浮速度仿真值与台架试验值之间的相对误差为0.77%～4.79%,验证了基于EDEM-Fluent耦合法测定残膜混合物悬浮分离速度的可行性。混合物中杂质改变了残膜的形变量和运动特性,从而影响残膜的悬浮速度和位置;为了使仿真结果更加接近试验数值,残膜悬浮分离速度仿真值的下限值与台架试验的下限值相差较大...     

双吸风口振动式花生荚果清选装置设计与试验

为改进花生摘果机、花生捡拾收获机的清选装置,提高花生清选性能,在花生摘果机清选物飘浮速度试验基础上,根据饱满花生荚果、空瘪果、碎茎秆、果柄和花生叶等各组分飘浮速度差异,提出了前、后2个吸风口(双吸风口)与振动筛组合式清选原理,进行了总体方案与关键部件设计并研制出5XT-2Z型花生摘果机,通过清选性能试验研究了振动筛振动频率、吸风口高度和风机转速对花生清选损失率和含杂率的影响。试验结果表明,3种饱满花生荚果飘浮速度为10.30~14.39 m/s,空瘪果、碎茎秆、花生果柄和花生飘浮速度分别为7.03~8.89 m/s、4.51~5.46 m/s、2.80~3.35 m/s、1.74~2.13 m/s;优化后的振动筛曲柄转速为200 r/min,吸风口高度为135 mm,风机转速为390 r/min,此参数下清选损失率为1.35%,含杂率为1.75%。     

玉米果穗收获机虚拟收获设计与仿真试验

针对玉米收获装备在研发设计过程中存在研发周期长、成本高、易受环境因素影响且需要进行大量田间试验等缺陷,开展基于Unity3D的玉米果穗收获机虚拟仿真设计与收获试验。首先,完成玉米果穗收获机虚拟仿真系统的总体设计、虚拟仿真系统关键模块的设计以及玉米果穗收获机和植株的物理组件的设计。其次,以漏果率为响应指标,以玉米收获机行进速度、割台高度和玉米种植密度为响应因素进行虚拟的单因素试验和正交试验,得到影响玉米收获机漏果率的最优参数组合。当收获机行进速度为2.986 m/s,玉米种植密度为6.7棵/m²,割台高度为0.42 m,漏果率最低为2.17%。最后,利用最优参数开展田间验证试验。结果表明：玉米收获机漏果率均值为2.36%,与优化结果基本一致,满足玉米果穗收获机的收获要求。     

4LZ-3.0型自走式辣椒收获机的工作原理及试验研究

基于4LZ-3.0型自走式辣椒收获机工作原理与试验设计的科研项目,设计了一种新型的自走式辣椒收获机,探讨了其工作原理,并进行了田间试验。本次研究主要以我国内蒙古辣椒产区作为研究对象,首先,根据国内外在该技术领域最新的研究和经验,介绍4LZ-3.0自走式辣椒收获机的结构特点、工作原理,并进行有针对性、目的性的试验检测;其次,具体介绍一些比较关键的装置系统及零部件。在特定的试验环境下,针对椒叶悬浮速度和作业效率进行了性能检测,结果表明:椒叶悬浮速度基本维持在3m/s,在工作速度、生产效率、采摘净率及破损率等指标统计上,状态均较佳。     

根茎类药材收获机的设计与试验

针对现有根茎类药材收获机功能单一及根系脱土效果差等问题,设计了一种新型的根茎类药材收获机,可一次性完成药材挖掘、根土分离、茎秆分离及铺放作业。阐述了收获机的整机结构和工作原理,运用矢量投影定理、动能定理、运动学及ADAMS仿真等分析方法对关键部件进行结构设计及参数确定。以甘草的脱土率为试验指标,以行进速度、栅条板倾角和拨杆数量为因素进行田间试验。正交试验分析表明:当收获机行进速度为0.4m/s、栅条板倾角为8°、拨杆数量为6个时,收获机的工作性能较优,此时脱土率为99.8%,满足根茎类药材收获的技术要求。     

大豆脱出物悬浮速度试验研究

应用东北农业大学自制农业物料悬浮速度测试试验台,对5TZY-60型育种脱粒机脱出物的悬浮速度进行测试。测试结果表明:大豆脱出物中饱满籽粒、颖壳、40mm茎秆、80mm茎秆和120mm茎秆的悬浮速度分布范围分别为11～17m/s,5～6m/s,7～13m/s,8～14m/s和10～17m/s。根据测定结果分析了对清选系统的影响,初步得到最佳清选风速范围小于11m/s,同时确定单一风选作为清选系统的局限性,为该机配套清选系统定型提供试验与理论支持。     

前置挖掘式小型履带川麦冬收获机的设计与试验

针对川麦冬收获时根土分离难度大、易损伤茎苗等问题,设计了一种前置挖掘式小型履带麦冬收获机,由挖掘装置、输送筛选装置、液压装置和行走装置等组成。为确定收获机的可行性,根据三因素三水平响应面试验法构建入土角度、振动链的输送速度、振动轮的振动频率对麦冬收获损伤率、明茎率和带土率的回归模型,优化回归模型得到最优参数组合,即机器的前进速度为0.1m/s、入土角度为20°、振动链的转速为190r/min、振动轮的振动频率为600Hz。试验结果表明：在最优参数组合下,麦冬收获损伤率为2.94%,明茎率为96.7%,带土率为12.5%,达到了较为理想的收获效果。研究可为麦冬收获机的完善和作业参数优化提供参考。     

4HBL-2型花生联合收获机复收装置设计与试验

针对4HBL-2型花生联合收获机果土分离及输送中花生果实的漏果、掉果问题,设计了花生联合收获机复收装置。在花生联合收获时,对土壤中遗漏的果实和夹持输送过程中掉落的果实进行复收、清选、集果等作业。并对复收装置进行了设计与试验研究,确定了该装置的最优结构参数和工作参数:复收装置安装角度为20°,复收链输送速度1.2 m/s,复收链杆条间隙10 mm。在机组前进速度为0.6 m/s时,实现收获花生平均净果率为90.16%,平均漏果率为0.12%,提高了花生的收获质量,减少了花生二次复收的劳动强度和作业成本。     

大蒜联合收获机浮动式夹持装置设计与试验

针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求,为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率,设计了一种浮动式夹持装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析,明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型,并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数,明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素,以成功率和损伤率为试验指标,用Design-Expert软件进行试验数据分析,由Origin软件生成3D响应曲面,得到各因素对指标的影响次序。结果表明,当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2 N/mm、83 mm和520 mm/s时,装置性能最优,夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证,试验与优化结果基本一致,满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。     

大白菜种子脱出物空气动力学特性试验研究

为了研究大白菜种子脱出物的空气动力学特性,研制了一种农业物料悬浮速度测定试验台,并对大白菜种子脱出物开展悬浮速度试验。结果表明:籽粒的悬浮速度随粒径的增加而升高,果荚壳长度对其悬浮速度的影响不显著;脱出物的含水率越高,悬浮速度越大;籽粒悬浮速度在6.68～7.42m/s之间,短茎秆悬浮速度在6.56～7.25m/s之间,果荚壳悬浮速度在4.49～6.05m/s之间,轻杂物悬浮速度在2.51～3.23m/s之间。研究表明:轻杂物与籽粒空气动力学特性差异大,利用气流清选可有效分离出悬浮速度较小的轻杂物;果荚壳、短茎秆与籽粒空气动力学特性差别小,仅依靠气流清选难以将二者与籽粒分离,由于果荚壳、短茎秆与籽粒外形几何尺寸差异明显,可利用圆筒筛实现这二者与籽粒的有效分离。通过在内流式圆筒筛清选装置试验台上的试验,得出横流风机转速为700r/min、风道内气流速度为7.12m/s时清选效果最好的结论,此时清洁率为97.91%,损失率为0.42%。     

芦蒿有序收获机切割器动力学仿真与试验

切割器作为芦蒿收获机的重要工作部件,其切割性能直接影响作物的收获质量和后续输送效果。采用虚拟样机设计方法,对自走式芦蒿有序收获机中往复式切割器的结构参数和芦蒿茎秆的物理参数进行研究,建立了切割部件的三维实体模型和茎秆的柔性简化模型,并进行刚柔耦合动力学仿真分析。以切割系统的切割速度vg、切割角度α和前进速度vm为影响因素,选取切割器对茎秆切割力F和重割率γ为评价指标,设计了三因素三水平虚拟正交试验,运用统计学软件进行响应面回归分析和方差分析,并进行田间试验验证。结果表明,响应面模型(RSM)优化组合vg=1.6 m/s,α=15°,vm=1.0 m/s时,F、γ明显降低,割茬质量最好,与试验结果相比,切割力误差小于10.9%、重割率误差小于11.3%。分析结果验证了预测模型的有效性和准确性,表明所设计的往复式切割器满足对芦蒿的有序收获要求。     

基于EDEM-Fluent耦合的颗粒肥料悬浮速度测定试验

为提供气力施肥装置的设计参考依据,以大颗粒尿素、磷酸二铵和硫酸钾3种颗粒状化肥为试验对象,通过计算流体动力学和离散元法耦合的方法对物料悬浮速度进行数值模拟,采用Lagrangian模型进行气固两相流耦合仿真,试验结果表明,大颗粒尿素悬浮速度7. 21～12. 97 m/s,磷酸二铵悬浮速度7. 68～12. 48 m/s,硫酸钾悬浮速度11. 09～18. 15 m/s。通过台架试验测定大颗粒尿素悬浮速度6. 68～12. 48 m/s、磷酸二铵悬浮速度7. 22～11. 96 m/s、硫酸钾悬浮速度9. 46～17. 81 m/s,相对误差分别为5. 3%、5. 1%、7. 2%。在颗粒肥料体积分数1. 0%、3. 5%、6. 0%、8. 5%时,分别测定肥料颗粒群的悬浮速度,结果表明,颗粒群悬浮速度随着体积分数的增加而减小,在不同颗粒肥料体积分数下,仿真结果与试验结果相对误差近似为常数,其原因为颗粒球形度对悬浮速度的影响,标定得出大颗粒尿素悬浮速度修正系数0. 90、磷酸二铵悬浮速度修正系数0. 96、硫酸钾悬浮速度修正系数0. 84。基于流固耦合的颗粒悬浮速度仿真具有较高的准确度,验证了基于EDEM-Fluent气固两相流耦合仿真测定物料悬浮速度方法的可行性。     

侧置式马铃薯联合收获机薯块运动分析与试验

针对我国侧置式马铃薯联合收获机收获过程中破损率大、收获效率低等问题，对设计的侧置式马铃薯联合收获机的输送系统进行了分析计算，创新地增加了导向辊；同时，对马铃薯在输送装置上的速度、能量变化及破损情况进行了分析，得出影响伤薯率的关键因素，并进行了仿真试验与田间试验。试验结果表明：在较优参数组合下，即导向辊直径为111.29mm、导向辊与横向传送装置的夹角为43.4°、横向传送装置线速度为1.52m/s时，导向辊造成薯块的等效应变最小，伤薯率为1.2%,明显低于未经参数优化的侧置式马铃薯联合收获机机收损伤情况，符合马铃薯收获作业要求。     

油菜脱出物物理机械特性及振动筛参数优化

采用风筛组合型清选装置的油菜收获机，油菜脱出物在气流作用下，轻杂物、果荚壳与籽粒、短茎秆能够分离，但由于油菜籽粒与短茎秆的悬浮速度差别很小，单靠气流的作用难以将籽粒与短茎秆分离，需借助振动筛的作用将它们完全分离。对与振动筛分离性能有关的油菜脱出物物理机械特性参数进行了测定，并提出了基于ADAMS的振动筛参数优化算法。对4LYZ-2型油菜收获机振动筛参数进行了优化。     

木薯块根拔起输送过程的速度模型分析

为了分析挖拔式木薯收获机拔起木薯块根和输送木薯时,各速度和角度参数对整机运行的影响,优化设计木薯收获机及其夹持输送机构,针对4UMS-1型木薯收获机,通过建立夹持输送机构夹持单株木薯茎秆拔起输送速度模型,分析了使拔起和输送两个过程顺利衔接以及拔起时减少薯块损失的速度关系式、各关键运动学参数以及相互之间的关系、拔起方向和取值大小,并通过建立连续两株木薯夹持拔起速度模型,分析了不发生碰撞干涉的条件。根据速度模型,分析了各参数的关系式,利用数学方法,计算得出了夹持输送机构倾角的取值范围和夹持速度比满足的条件,确定了4个关键参数的最佳取值范围为α=30°、15°β20°、vt=3.2 m/s和1.17 m/svm≤1.39m/s。该结果对木薯收获机及其夹持输送机构的优化和改进设计具有重要参考意义和借鉴作用。     

对行式油菜薹有序收获机设计与试验

针对油菜薹机械化有序收获装备缺乏的问题,设计了一种对行式油菜薹有序收获机,完成油菜薹对行、夹持切割、柔性输送、有序铺放等收获环节。阐述了收获机整机结构和作业过程,根据切割、输送和铺放过程中油菜薹的运动学和动力学分析,确定了单圆盘切割器、夹持输送装置和导流板等部件的结构和运行参数,解析收获机参数对切割损伤率和铺放角变异系数的影响规律。研制对行式油菜薹有序收获机样机,以机器前进速度、切刀转速、输送带速度和导流板倾角为试验因素,以切割损伤率和铺放角变异系数为评价指标开展四因素三水平Box-Behnken田间试验。利用数据分析软件Design-Export 10建立试验指标与因素之间的二次多项式回归模型,分析各因素对试验指标的影响规律;求解切割损伤率和铺放角变异系数优化模型,得出最优参数组合为：机器前进速度0.5 m/s,切刀转速910 r/min,输送速度0.75 m/s,导流板倾角49°。验证试验表明,较优参数组合条件下切割损伤率为4.95%,铺放角变异系数为9.55%,与预测值之间的相对误差小于5%,能够满足油菜薹有序收获需求。     

加工番茄刮刷采摘装置采摘过程分析

为揭示加工番茄刮刷式采摘装置的采摘机理,分析采摘板刮刷果实和茎秆时果实采摘受力,得出刮刷果实时果实在果蒂处受果柄拉伸和弯折力矩,该二力随采摘板的运动逐渐增大。刮刷茎秆时在果柄与茎秆连接处受果柄的弯折力矩和拉伸力,其中弯折力矩随采摘板的运动逐渐增大,拉伸力不变。由于果实与茎秆连接处和茎秆与果柄连接处连接强度较低,采摘板刮刷果实时果实从果蒂处脱落,刮刷茎秆时果实从果柄与茎秆连接处脱落,此时摘落的果实带有果柄。采摘板多次刮刷果实后果蒂发生疲劳裂纹,果柄与果实的连接强度降低,最终果实被摘落。研究结果有助于研制新型分批次加工番茄收获机械。     

油葵收获割台工作性能仿真及试验研究

为研究油葵收获割台在工作过程中的性能与可靠性,得到该割台正常工作时的关键参数,利用SOLIDWORKS对割台进行三维参数化建模并导入ADAMS中进行运动学仿真,得到收获时茎秆受力和摆动程度的仿真结果并进行正交组合分析,仿真和分析结果表明:割台正常工作最优参数的组合是拉茎辊转速800 r/min、机器的行驶速度2.12 km/h、拉茎间隙10 mm、拉茎辊的倾角20°,同时往复切割刀的切割速度2 m/s时茎秆的受力最小,通过田间试验发现整个收获过程籽粒损失率≤3%,喂入输送绞龙的茎秆较短,收获可靠性较好,结果表明该割台适合油葵的机械化收获。