蓖麻蒴果剥壳装置关键部件改进设计与试验

该研究针对蓖麻蒴果的物性特点,以提高其剥壳率和降低破损率为目标,研制了蓖麻蒴果剥壳装置,对关键部件进行了改进设计与力学分析,建立了力与变形的数学模型。利用MATLAB进行运算,得出了挤压力P与轧角α、辊筒变形量ΔR、两辊筒间隙、蓖麻蒴果直径和辊筒直径的关系。明确了剥壳过程中各种影响因子间的相互制约关系,确定了影响蓖麻蒴果剥壳的主要因素是辊筒转速、辊筒间隙和辊筒差速,提出了影响剥壳率和破损率的优化方案:剥壳率优化的因素水平组合是辊筒转速为10r/min,辊筒间隙为18mm,辊筒差速为30r/min;破损率优化的因素水平组合是辊筒转速为10r/min,辊筒差速为30r/min,辊筒间隙为12mm,研究结果可为同类剥壳机械的优化设计提供理论支持和技术参考。     

夹持式鲜菱角脱壳机设计与试验

针对鲜菱角手工脱壳率低、菱仁损伤率高等问题,该研究以湖北省浠水县两角菱为对象,设计了一种夹持式鲜菱角脱壳机。对鲜菱角外形尺寸和力学性能参数进行了测量,确定采用夹持板与链条夹持输送、圆形齿刀横切菱角两侧弯角、对辊挤压碾搓脱壳的技术方案。对夹持板、弹性压紧装置、横切刀片和脱壳装置等主要部件结构进行设计和分析,确定了结构和运动参数。运用ANSYS Explicit Dynamics模块对横切过程进行仿真,根据理论分析和仿真结果试制了脱壳样机,开展了横切试验和脱壳试验。横切试验表明,成熟度、输送速度和刀片转速均对切壳率影响显著（P<0.05）,对菱仁损失率影响不显著（P>0.05）。运用Design Expert 12优化得横切装置最优工作参数为：脆熟菱角、输送速度0.1 m/s、刀片转速1 000 r/min,该参数下的平均切壳率为79.41%,平均菱仁损失率为9.82%。采用Box-Benhnken试验设计开展三因素二次回归正交组合试验,优化得到脱壳装置最优工作参数为：脆熟菱角、慢辊转速59r/min,线速比1.5,验证试验的平均脱壳率为66.52%,平均菱仁破损率为12.83...     

南极磷虾等径滚轴挤压剥壳工艺优化

该文采用响应面分析法对南极磷虾滚轴挤压剥壳工艺参数进行优化,以剥壳得肉率为试验指标,以滚轴转速、滚轴间隙、旋转圈数为自变量,在单因素试验的基础上进行响应面分析。获得最佳工艺条件为：滚轴转速1.6 r/s、滚轴间隙0.5 mm、旋转圈数1.7 r,预测的得肉率为36.44%,此参数条件下的实测平均得肉率为35.17%。在最佳工艺参数下,试验放置时间与剥壳得肉率的关系,结果表明：随着放置时间的增加,剥壳得肉率逐渐降低;手工剥壳得肉率从35.29%降至29.73%,机器剥壳得肉率从34.71%降至21.08%。机器剥壳得肉率较手工剥壳相对较低,且降幅更为明显。研究结果可为南极磷虾剥壳装备的研制提供参考。     

步行式甘薯碎蔓还田机的设计与试验

为缓解中国丘陵坡地小田块甘薯碎蔓机械短缺问题,研究设计了步行式甘薯碎蔓还田机.该文在分析整机结构的基础上具体阐述了甘薯碎蔓还田机工作原理,阐明了碎蔓装置、刀座防磨损设计、导向轮调节机构和传动系统等关键部件的设计.甘薯秧蔓粉碎合格率、留茬高度和伤薯率是评价甘薯碎蔓还田机的主要指标,该文在单因素试验基础上运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对甘薯碎蔓还田机的工作参数进行试验研究,以刀辊转速、离地间隙、刀片间距进行三因素三水平二次回归正交试验设计.建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行了综合优化.试验结果表明:粉碎合格率影响显著顺序为刀辊转速＞离地间隙＞刀片间距;留茬高度影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;伤薯率影响显著顺序为离地间隙＞刀辊转速＞刀片间距;田间试验结果表明:最优工作参数组合为刀辊转速为1 950 r/min、离地间隙为25 mm、刀片间隙为40 mm,此时秧蔓粉碎合格率为94.88％、留茬高度为47.08 mm、伤薯率为0.23％,与理论优化值对比误差小于5％.研究结果可为步行式甘薯碎蔓还田机的结构完善和作业参数优化提供参考.     

香菇柄成松机研制与成松性能试验

针对当前香菇柄成松加工效率低、品质差、不适应工业化生产等问题,该课题研制了一种基于打击成松原理的香菇柄成松机,其结构主要包括机架、进料装置、成松筒、主传动装置、打击成松装置、出料装置,该机器能实现香菇柄连续工业化生产。为探究不同工艺与结构参数对成松机成松性能的影响,选择干/鲜香菇柄类型、香菇柄含水率、主轴转速、刀具类型、刀具末端与成松筒壁之间的间距等作为试验因素,以打击后样品的含松率、蓬松度和感官评分作为试验指标,进行了香菇柄成松试验。试验结果表明：对于含松率,含水率、主轴转速和干/鲜香菇柄类型影响极显著（P<0.01）,其它因素均影响显著（P<0.05）;对于蓬松度,含水率、干/鲜香菇柄类型和刀具末端与成松筒壁之间的间距影响极显著（P<0.01）,刀具类型和主轴转速影响显著（P<0.05）,主轴转速影响不显著（P>0.05）;对于感官评分,含水率、刀具类型、主轴转速和刀具末端与成松筒壁之间的间距影响极显著（P<0.01）,干/鲜香菇柄类型影响不显著（P>0.05）。同时,设计了正交试验,采用综合平衡法对含松率、蓬松度和感官评分指标进行综合分析,确定了成松试验的最优水平组合：干香菇柄,复水后含水率为50%左右,主轴转速为2200 r/min,直刀,刀具末端与成松筒壁之间的间距为7 mm。该条件下的试验样品的含松率平均值为97.1%,蓬松度平均值为0.079 g/cm3,感官评分平均值为16.8分。     

基于立式辊机构的青毛豆脱荚装置力学分析与试验

为深入研究青毛豆作物荚-柄脱离分离特性,寻求影响分离效果因素的最优组合,设计了立式辊结构青毛豆分离试验装置。该试验装置由脱荚辊、输送机构、角度调节机构、间距调节机构、传动调速电机、脱荚调速电机等组成,采用电机驱动,链传动输送喂料,角度调节机构、间距调节机构、调速电机完成对脱荚角度、辊间距、辊转速无级调节。该文基于青毛豆受碰后产生冲击力克服青毛豆荚-柄连接力实现分离的原理,通过能量守恒原理建立了分离过程的碰撞能量模型,构建了荚-柄分离力学模型,基于此方程进行了定量分析,确定脱荚辊转速、喂料速度、辊间距为主要影响因素,并针对"萧农秋艳"、"豆通六号"品种开展试验研究。结果表明:作物品种对脱荚率与破损率影响较小,影响综合指标的主次因素排列顺序为:脱荚辊转速喂料速度辊间距,最优参数组合为脱荚辊转速600 r/min,辊间距18 mm,喂料速度0.3 m/s,此时脱荚率为99.0%,破损率为2.4%,综合性能明显改善。该文研究结果可为青毛豆收获装置的设计提供参考。     

油茶籽脱壳机的研制与应用

采用挤压和碾磨原理以及风筛复合分离原理设计开发出了油茶籽脱壳机。油茶籽含水率和辊筒线速度是影响脱壳分离效果的主要因素。适宜的脱壳工艺条件为油茶籽含水率5%～20%,辊筒线速度8.90～10.00 m/s,在此工艺条件下,油茶籽脱壳率≥98.5%,仁中含壳≤4%、壳中含仁≤1%。油茶籽脱壳机成功投入了生产实践应用,获得了质量优良的油茶籽油和脱壳油茶籽饼粕,提高了油茶籽加工的经济效益。     

稻麦联合收获机分段式脱粒装置设计与优化

针对纵轴流联合收获机在收获稻麦时出现的脱粒不彻底、分离不完全等问题,该研究设计了一种分段式纵轴流脱粒分离装置。该装置主要由锥形脱粒滚筒、脱粒强度可调式凹板筛、360°分离式凹板筛、作业参数电控调节系统等构成。通过单因素试验,分别获得了脱粒强度可调式凹板筛的开关板针对小麦和水稻脱粒的最佳开关状态。为寻求装置作业参数对脱粒效果的影响规律及最优参数组合,进行了多目标优化试验。以滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、凹板筛分离间隙及喂入量作为影响因素,以破碎率、损失率、脱出物含杂率为试验指标,建立了破碎率、损失率、脱出物含杂率的数学模型。试验结果表明:各因素对破碎率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、凹板筛脱粒间隙、导流板角度、喂入量、凹板筛分离间隙;对脱出物含杂率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙;对损失率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙。通过多目标参数优化分析,确定装置进行小麦脱粒的最优作业参数组合为脱粒滚筒转速905 r/min、导流板角度69°、凹板筛脱粒间隙18 mm、凹板筛分离间隙19 m...     

刀豆脱壳机构的设计与试验

为实现刀豆的机械化脱壳,设计了一种齿形轧辊式脱壳机构。该机构利用挤压和剪切复合产生撕搓效应的原理进行脱壳,通过调整脱壳轧辊对的轴心距,可适应不同品种、形状和尺寸荚果的加工。为确定脱壳机构的最佳工作参数,在分析其结构特点和脱壳工作原理的基础上,对研制样机进行了四因素混合水平的正交试验研究。根据因素的不同搭配对脱净率和损伤率的综合影响效果,采用综合评分法得出影响指标的主次因素排列顺序为刀豆品种、双辊间隙、双辊转速、辊面材料。试验结果表明,最佳作业参数条件:刀豆品种为矮生刀豆、双辊转速为25r/min、双辊间隙为18mm、辊面材料为橡胶。研究结果可为刀豆脱壳机的整体设计与优化提供重要依据。     

玉米种子仿生脱粒机性能试验与参数优化

玉米种子仿生脱粒机是依据鸡喙离散玉米籽粒过程和裸手脱粒玉米籽粒过程的先离散后脱粒原理设计的,其具有低损伤、低破碎率等特点。为了优化玉米种子仿生脱粒机脱粒系统的有关参数,进而降低玉米种子在脱粒过程中的损伤,该文采用二次回归正交旋转组合设计的方法,以籽粒破碎率和脱净率为主要性能指标,选取差速辊转速、离散辊转速、脱粒辊转速和离散辊间隙、脱粒辊间隙为试验因素,对玉米种子仿生脱粒机进行了性能试验。并依据试验结果分别对离散辊转速与脱粒辊转速对破碎率和脱净率的影响,以及离散辊间隙与脱粒辊间隙对破碎率和脱净率的影响进行分析。分析结果表明:当离散辊转速在150~180 r/min和310~350 r/min,脱粒辊转速在270~350 r/min时,破碎率取得较小值;当离散辊转速在230~300 r/min,脱粒辊转速在150~200 r/min范围内时,籽粒脱净率取得最大值100%。当离散辊间隙在0~4 mm,脱粒辊间隙在5~9.2 mm时,籽粒破碎率取得最小值。当脱粒辊间隙在0~2.2 mm时脱净率取得最大值100%。综合以上结论,在试验拟合曲线的基础上按综合评价法进行优化,得到最优参数组合为差速辊转速90 r/min,离散辊转速350 r/min,脱粒辊转速为350 r/min,离散辊间隙4.6 mm,脱粒辊间隙4.6 mm。测得此时破碎率为0.226%,脱净率为99.317%,玉米芯完整度为100%,达到国家标准要求。     

上拉茎掰穗式玉米收获台架试验与分析

针对现有摘穗装置存在的果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文采用了自上而下的掰穗原理,搭建了上拉茎掰穗式玉米收获试验台,进行了摘穗辊转速、两摘穗辊间隙和摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失的影响试验;试验中采用高速摄像系统对玉米摘穗过程进行快速捕捉,有助于后期的综合分析。通过单因素试验和方差分析表明,玉米摘穗辊转速对玉米籽粒损失率有显著的影响,在500~1 000 r/min变化范围内,玉米籽粒损失率的变化先降低再升高,700 r/min时损失最小,籽粒损失范围0.22%~0.39%;两摘穗辊间隙在4~12 mm范围内,玉米籽粒损失总体呈下降趋势,间隙为10 mm时损失最小,玉米籽粒平均损失率0.33%,两摘穗辊间隙对玉米籽粒损失率有显著的影响;摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失影响不明显。试验结果表明,采用自上而下的摘穗方式能够有效的降低传统摘穗装置果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,实现低损伤摘穗。该研究丰富了玉米摘穗理论,为玉米收获机型的研发提供了参考。     

滑切防缠式香蕉秸秆还田机设计与试验

针对香蕉秸秆富含纤维且含水率高等物理特性,现有的秸秆与根茬粉碎还田机田间作业时存在着切割阻力大,秸秆纤维易缠绕等问题。采用理论建模方法确定了秸秆滑切刀片的刀刃曲线方程;设计阐述了还田机的关键结构参数,该文研制出一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,并阐述了还田机械的总体机构与工作原理,同时对其秸秆粉碎率以及功耗进行田间试验。结果表明:各因素对香蕉秸秆粉碎率和功耗影响的显著性顺序从大至小依次均为秸秆粉碎刀辊转速、灭茬刀辊转速、机器前进速度。当机器前进速度为1.39 m/s、秸秆粉碎刀辊转速为1 600 r/min、灭茬刀辊转速为500 r/min时,香蕉秸秆粉碎率为95.2%,功耗为4.96 k W。在最优工作参数情况下,实际香蕉秸秆粉碎率为94.9%,实际功耗为5.1 k W,与软件分析值(95.2%、4.96 k W)间的误差分别为0.31个百分点、0.27%,验证了分析的可信性。通过与甩刀式立式香蕉秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出所研制的滑切防缠式香蕉秸秆还田机秸秆粉碎率提高1.94个百分点,功耗降低11.3%。该机器的设计为中国南方热带地区香蕉秸秆还田技术的推广与应用提供了基础。     

油菜小麦兼用气送式集排器搅种装置设计及充种性能试验

针对小麦种子在气送式集排器供种装置中因流动性差导致充种能力不足的问题,设计了一种可提高小麦充种性能的搅种装置。该文分析了搅种装置影响充种性能的主要因素,确定了搅种齿与搅种轴的主要结构参数,并构建了种子在搅种装置作用下的充种力学模型。应用EDEM仿真分析了搅种装置安装位置对种群压力、种群与供种机构切向力和型孔充种数量及其变异系数的影响;台架试验研究了搅种齿结构及其排布对充种性能和搅种装置与供种机构转速比对供种性能的影响。结果表明：安装搅种装置能明显增加种群压力、切向力、型孔充种数量、充填角和充种合格率。搅种齿长度显著或极显著影响充填角和型孔充种数,搅种齿排列方式显著影响型孔充种数。研究得出影响充填角和型孔充种数的主次因素为：搅种齿长度>排列方式>搅种齿形状。在搅种齿形状为圆柱形,搅种齿长度为6 mm和双螺旋排列方式条件下,充填角、型孔充种数和充种不合格率分别为78.20°、1.73和0.69%。供种速率随锥孔轮数量、转速比和转速增加而增加,在转速为20～40 r/min条件下,选择锥孔轮数量为6和转速比为1.154优化组合时,供种速率及其变异系数分别为690～1340 g/min和0.23～0.80%。该研究为搅种装置结构改进和供种装置充种性能的提高提供了参考。     

巴旦木物料壳仁风选装置试验及参数优化

为了研究巴旦木壳仁物料的空气动力学特性,确定较优的壳仁风选参数,提高清选率。该研究采用理论计算与试验相结合的方式对巴旦木物料的空气动力学特性进行研究,根据悬浮速度研究结果设计巴旦木壳仁风选装置并对破壳后的巴旦木壳仁混合物料进行风选试验,基于响应面法优化求解得出风选装置较优参数组合。巴旦木壳仁混合物料的空气动力学特性试验结果表明,大壳、中壳、小壳和仁的悬浮速度变化范围分别为：9.92～11.03 m/s、8.86～9.66 m/s、8.27～8.85 m/s、13.10～13.96 m/s,控制气流速度在8.27～11.03 m/s范围内可较好地分离壳和仁。风选装置流场仿真分析结果表明,风选装置筛面风速分布呈中心高、四周低的特点。巴旦木壳仁风选试验结果表明,风选装置工作参数对清选率的影响从大到小排序为：筛体振动频率、清选风机转速、波纹筛倾角、风选装置喂入量、离心风机转速,结合壳仁风选试验与软件优化求解得出清选率较高的较优参数组合为：风选装置喂入量6 kg/min、清选风机转速1 160 r/min、筛体振动频率为47 Hz、波纹筛倾角3°、离心风机转速1 275 r/min,采用优化参数组合进行验证试验,清选率达99.144%。研究结果可为巴旦木壳仁风选设备研发与优化提供理论依据。     

荸荠收获机弹簧辊式泥果分离装置研制

针对荸荠收获泥果分离难、果实损伤率高的问题,根据旱地环境下荸荠采收作业需求,该研究提出一种由正反旋弹簧并排布置的荸荠收获机弹簧辊式泥果分离装置。通过对荸荠与弹簧辊的相对运动过程动力学分析,确定了影响荸荠收获泥果分离的关键因素为弹簧外径、螺距、相邻弹簧间距、高度差及弹簧转速、线径、作业速度。利用EDEM软件建立泥果混合物离散元模型,对弹簧辊结构参数与工作参数进行单因素试验,分析各因素对泥果分离效果的影响。以荸荠筛分率和土壤筛分率为指标进行二次回归正交试验,得到弹簧辊最佳参数组合为外径100 mm、螺距30 mm、间距9 mm、转速420 r/min,该参数组合下荸荠筛分率为80.00%,土壤筛分率为80.69%。进行仿真验证试验,对比试验结果与模型预测值,荸荠筛分率平均相对误差为2.09%,土壤筛分率平均相对误差为2.42%。以明果率、伤果率、破皮率、挖净率为指标开展模拟采挖试验,分析不同线径弹簧辊的泥果分离能力,确定12 mm线径弹簧兼具较好的振动筛分性能和较低的损伤率。通过实际收获试验测得作业速度0.21 m/s,作业效率0.19 m² /s,碎土率75.61%,明果率82.42%,伤果率14.73%,破皮率7.01%。研究结果可为荸荠收获机研制和优化改进提供参考。     

推倒式甘蔗收获机扶蔗质量影响因素的试验研究

为了优化推倒式甘蔗收获机的工作参数,设计了甘蔗扶起效果试验装置。通过正交及单因素试验,探明了甘蔗扶起过程的影响因素。结果表明:扶蔗器转速对甘蔗扶起效果影响最大,其次是机车前进速度。扶蔗器转速与机车前进速度的交互作用对扶起姿态角有显著性影响。在扶蔗器转速为120r/min、输送段安装角为50°、拣拾段安装角为5°和前进速度为0.21m/s参数组合下,对侧偏角在45°～135°范围内倒伏甘蔗能够有效平稳扶起。扶起姿态角范围为50.68°～68.87°,能满足机器作业要求。