4L-4.0型稻麦联合收获打捆复式作业机设计与试验

为了使稻麦联合收获机在工作过程中能够完成收获、打捆复式一次作业,研制了一种稻麦联合收获打捆复式作业机。该复式作业机在保证联合收割机正常工作效率的同时,也实现了稻麦秸秆的不落地打捆功能。该文对该复式作业机整体配置、传动系统、下喂入机构以及压缩机构等关键部件进行了设计和计算。该复式作业机结构形式为自走式,具有更好的田间通过性及更小的转弯半径,同时可靠性及工作效率均符合要求。田间试验结果表明:4L-4.0型稻麦联合收获打捆复式作业机的成捆率达到98.3%,规则草捆率达到94.7%,抗捆率达到90%,草捆截面尺寸达到40 cm×50 cm×60 cm,草捆密度达到了190~200 kg/m3。该研究为中大型方捆收获打捆一体机的研究提供参考。     

动定刀同轴水稻秸秆切碎还田装置结构设计与试验

针对中国南方稻田留茬高、土壤黏重,油菜栽种复式作业机耕整地作业部件易缠草、壅泥,影响作业质量和油菜出苗的难题,提出了将田间稻秸秆收集切碎并绕过耕作部件后均匀覆盖于播种行行间的种植方法,研发了多功能油菜覆草直播播种机,围绕该机器设计了一种动刀与定刀及风送叶片同轴安装的稻秸秆切碎装置,并分别对稻秸秆的"站秆"和"残茬"进行切碎台架试验。结果表明:喂入压辊转速、动刀转轴转速、动定刀间隙3个影响因素对切碎长度合格率、功耗影响显著;对"站秆"和"残茬"切碎的各因素取值为:喂入压辊转速399.2、401.64 r/min,动刀转轴转速968.12、977.23 r/min,动定刀间隙0.52、0.49 mm时,稻秸秆切碎合格长度率为95.78%、96.98%,功率损耗为3.09、2.68 k W。经整机田间试验,该装置的秸秆田间覆盖效果达到油菜种植农艺要求。该研究为多功能油菜覆草直播播种机产业化提供了技术参考。     

果园秸秆覆盖机弹齿式解捆防堵装置设计与试验

针对果园秸秆覆盖机解捆铺料装置易堵塞问题，该研究基于秸秆解捆过程力学分析，设计了一种弹齿式防堵装置。首先建立防堵装置-秸秆捆离散元模型，通过EDEM仿真比较了加装和未加装防堵装置情况下秸秆扰动情况和出料口秸秆密度变化，阐释了解捆铺料作业过程中秸秆堵塞的形成机制。与未加装防堵装置的仿真结果相比，在刀齿线速度2.3 m/s、秸秆捆前进速度0.05 m/s下，加装防堵装置后出料口内侧秸秆平均密度降低了46%，出料区单位质量流率下的解捆阻力矩降低了28.1%，表明防堵装置可有效降低刀齿扰动区域和出料口秸秆密度，避免秸秆在下料口滞留和高压区形成，进而降低解捆阻力矩。以解捆铺料装置阻力矩标准差为指标开展正交试验，得到最佳工作参数为解捆铺料装置主动辊转速225 r/min、刮板主动辊转速5.0 r/min、弹齿间距100 mm。验证试验表明，与未加装防堵装置相比，185、225和265 r/min三个解捆铺料装置主动辊转速下（刮板主动辊转速和弹齿间距不变），解捆铺料装置阻力矩标准差降低率分别为29.5%、34.0%和30.7%，同时平均阻力矩和峰值阻力矩降低率分别为16.1%和28.5%，所设计的防...     

随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机设计与试验

针对新疆棉田秋后残膜捡拾率低、膜杂分离效果差等问题,设计了一种随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机,整机主要由秸秆粉碎装置和残膜捡拾装置组成。根据新疆棉花种植模式与作业要求对整机的关键部件进行了设计,确定了粉碎刀轴、甩刀、链板总成和起膜齿等零部件的结构参数。选取甩刀转速、机器前进速度和起膜齿入土深度为影响因素,秸秆粉碎长度合格率、残膜捡拾率和膜杂分离率为响应指标,进行了三因素五水平正交旋转中心组合试验。通过Design-Expert V8.0.6.1软件进行方差分析,建立了影响因素与评价指标的数学回归模型,分析了显著因素对响应指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:甩刀转速1200 r/min,机器前进速度4.5 km/h,起膜齿入土深度100 mm。根据最优参数组合进行田间试验,结果表明:在优化参数组合下,秸秆粉碎长度合格率的均值为89.37%、残膜捡拾率和膜杂分离率的均值分别为90.31%和93.16%,表明该联合作业机满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求。该研究成果有利于提高残膜捡拾机作业效果,解决新疆棉田残膜污染问题。     

秸秆捆烧锅炉设计及其排放特性研究

针对中国现有秸秆捆烧锅炉燃烧不充分,燃烧后烟气净化工艺繁琐以及自动化程度较低等问题,该文基于原料分级、配风分级技术原理,设计了打捆秸秆分级燃烧系统,研发了多级配风系统和组合式烟气净化除尘装置等关键部件,并开发了智能控制系统,实现燃烧过程工艺参数的实时调控和数据采集。以打捆玉米秸秆为原料进行燃烧试验,结果表明秸秆捆烧供热锅炉的热效率为84.6%,锅炉功率为230 kW,烟尘排放平均质量浓度19.8 mg/m3,NOX质量浓度133.6 mg/m3,SO2质量浓度小于3 mg/m3,达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）要求,解决了燃烧效率低、烟尘和NOx等污染物排放高的问题,智能化的锅炉燃烧系统可开展多种工艺试验的探索,为捆烧锅炉技术装备的推广应用提供平台支撑。     

全量稻秸还田小麦播种机秸秆分流还田装置设计

针对中国稻麦轮作区水稻收获后播种小麦时,稻秸全量入土还田或全量覆盖还田存在的影响产量问题,提出了稻秸部分入土、部分覆盖技术思路,并基于全量秸秆地洁区机播技术设计了相应的秸秆分流还田装置,通过对比试验优选出最佳分流结构形式,在此基础上以均匀度变异系数和分流偏差率为目标函数,运用Box-Benhnken试验方法对影响全量稻秸还田小麦播种机分流作业质量的参数进行了试验研究,以纵向开口总宽、纵向开口数量和捡拾粉碎装置转速为影响因素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,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆分流性能有显著影响,均匀度变异系数影响因素显著顺序依次为纵向开口数量、纵向开口总宽、捡拾粉碎装置转速,分流偏差率影响因素显著顺序依次为纵向开口总宽、纵向开口数量、捡拾粉碎装置转速;最优参数组合为纵向开口总宽600 mm,纵向开口数量7个,捡拾粉碎装置转速1 900 r/min,在此参数下测得的均匀度变异系数为19.68%,分流偏差率为0,与优化后理论值的绝对误差分别为0.93个百分点和0.33个百分点。研究结果可为中国稻麦轮作区水稻收获后播种小麦提供参考。     

秸秆深埋还田开沟灭茬机设计与试验

秸秆还田是农作物秸秆综合利用最为直接的形式,深埋还田能打破犁底层、培肥地力,并提高土壤抗旱保墒能力。在秸秆深埋还田时,由于作物根茬未粉碎,深开沟的同时会出现大块土垡。秸秆深埋后还需对根茬和土垡进行二次粉碎,增加了作业成本。为满足秸秆深埋还田开沟灭茬碎土的需求,设计研制了一种集开深沟、碎土、灭茬等多道工序的用于秸秆深埋还田的开沟灭茬机。以导向铲入土深度、灭茬刀转速、灭茬深度为试验因素,机器的作业阻力和灭茬碎土率为试验指标,进行了三因素三水平正交试验。结果表明导向铲入土深度和灭茬深度对作业阻力有极显著影响,灭茬刀转速对灭茬碎土率有极显著影响。在开沟深度为35 cm时,导向铲入土深度、灭茬刀转速和灭茬深度分别为100 mm、340 r/min和60 mm时,开沟灭茬机的作业性能最好,作业阻力为21.6 k N、灭茬碎土率为96.3%、开沟深度稳定性为92.4%。试验表明该机具有很好的开沟、灭茬、碎土效果,该研究为秸秆深埋还田机具的研制和配备提供参考。     

基于遗传算法的水稻整株秸秆还田埋草弯刀的设计与试验

遗传算法是模拟生命进化机制的搜索和优化方法,它的全局最优和隐含并行性适应求解复杂的优化问题。该文以水稻整株秸秆还田机的主要工作部件——埋草弯刀为研究对象,对其进行受力分析,建立了以刀片组合参数为设计变量的功耗优化模型,提出了基于遗传算法的弯刀优化方法,优化得到刀片最小功耗为5.12 kW。进行验证试验,得出最优参数组合下的功耗最小为5.5305 kW。试验数据与优化结果相吻合,证明优化方法可行,可以为整机优化提供理论 参考。     

辐照预处理水稻秸秆酶解糖化与发酵产乙醇工艺

为探讨辐照预处理后木质纤维素在未脱毒的前提下发酵产乙醇的可行性,本研究以水洗脱毒的水稻秸秆为对照,对未采取脱毒处理的水稻秸秆进行酶解糖化与发酵产乙醇研究.结果表明:在15％底物浓度下,水洗脱毒对辐照水稻秸秆在酶解转化率和乙醇转化率没有明显提高,酶解72h后辐照秸秆和对照的纤维素转化率分别为64.11％和63.50％,同步糖化发酵72h后乙醇转化率分别为65.70％和67.45％;经物料衡算,100g水稻秸秆原料经射线辐照预处理或辐照水洗脱毒预处理后,再进行糖化发酵,可分别获得11.04g和9.62g乙醇.本研究为辐照在燃料乙醇领域的应用提供了参考.     

反应条件对水稻秸秆慢速热解产物的影响与评价

秸秆炭化还田是培肥地力和土壤固碳的重要途径。该研究采用慢速热解试验平台,研究了热解温度 (450、500、550、600和650 ℃) 和停留时间 (30、40、50和60 min) 对水稻秸秆热解产物理化性质（以还田利用指标为主）的影响,同时分析了不同生产条件下的产品收率和能量分布。试验结果表明,热解温度为450～650 ℃时制备的水稻秸秆炭O/C均低于0.2,H/C均低于0.7,且随着热解温度升高和停留时间的增加,O/C和H/C呈现明显减小趋势;随着热解温度升高,水稻秸秆炭的比表面积、电导率和pH值均呈上升趋势,其值分别为4.5～83.4 m²/g、688～1 059 μs/cm和9.8～10.5;阳离子交换量在43.7～71.1 cmol /kg之间无规律波动;随着反应条件变化,水稻秸秆炭的比表面积、电导率和pH值具有较强的相关性,比表面积与pH值相关系数达到0.83,pH值与电导率相关系数为0.66,比表面积和电导率相关系数为0.54。随着热解温度的升高,炭产率降低,热解气产率增加,热解气中H₂、CH₄等可燃气组分富集,热值增加,最大可达到15.74 MJ/m³;热解温度为445～650 ℃变化时,水稻秸秆炭能量收率为45.2%～53.8%,热解气能量收率为11.6%～19.1%。该研究为水稻秸秆炭化还田轻简化热解设备开发提供了基础支撑。     

稻秆圆捆机辊盘式卷捆机构的设计及参数优化

为消除中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆时出现的堵塞现象及降低其卷捆功耗,设计了一种钢辊与侧圆盘组合式卷捆机构(简称辊盘式卷捆机构),并以此为基础自制了辊盘式卷捆机构试验装置且进行试验。选择影响辊盘式卷捆机构卷捆性能的主要因素:圆盘直径、钢辊转速、喂入量、长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)为试验因素,以草捆形成率(草捆顺利形成次数与总试验次数的比值)和卷捆功耗为评价指标进行四因素五水平正交旋转组合试验。试验表明各因素影响草捆形成率的主次顺序为圆盘直径喂入量钢辊转速长宽比;影响卷捆功耗的主次顺序为喂入量钢辊0.75100%62.7 kJ/,此时草捆形成率为,卷捆功耗为捆,相比钢辊式圆捆机无堵塞现象发生,卷捆功耗降低。研究结果可为辊盘式圆捆机的结构及作业参数优化提供参考依据。     

砍切式玉米秸秆还田机的设计与试验

针对中国北方一年两熟区玉米收获后地表秸秆量大,甩刀式秸秆还田机粉碎长度合格率低,影响后续小麦少免耕播种等问题,基于四连杆机构往复运动原理,利用地表作为支撑,提出了利用砍切对秸秆切段还田的思路,进而研发出一种砍切式玉米秸秆还田机。为避免后续小麦播种时出现拥堵现象,设计秸秆切断长度不超过小麦窄行行距的一半(6 cm);通过理论计算和动力学仿真分析,优化了切刀的运动轨迹并确定切秆装置各杆件尺寸并分析了机具切割功耗为28.39 kW;利用ANSYS软件对切刀进行有限元静力分析,切刀力学性能满足设计要求。田间对比试验结果表明,在玉米收获后秸秆全量保留的条件下,与甩刀式秸秆还田机相比,砍切式秸秆还田机粉碎后秸秆平均长度短0.73 cm,秸秆长度不合格率小5个百分点,秸秆长度变异系数小0.218;机具运行平稳性试验表明砍切式玉米秸秆还田机振动略大于甩刀式玉米秸秆还田机,但差异不显著,该机平稳性满足作业要求;切刀入土平均深度为7.71 cm,可明显降低0~10 cm土层土壤容重;后续播种试验试验表明在砍切式秸秆还田机作业后地表进行播种时,播种机无拥堵现象且播种深度合格率比甩刀式大2.3个百分点。该文研究成果能够为中国北方一年两熟区玉米秸秆还田提供一种新型装备,有利于促进秸秆还田技术的推广。     

SMS-1500型秸秆粉碎与残膜回收机的设计

为解决棉花收获后的残膜回收问题,设计了一种用于收获后棉秸秆切碎还田和残膜回收的联合作业机具,介绍整机的结构和工作原理,对主要工作部件做了设计,确定秸秆粉碎和残膜回收装置的结构参数,分析秸秆切碎和残膜回收过程,得出圆盘锯片切碎秸秆的条件。试验结果表明：在作业速度为5～5.5 km/h时,秸秆切碎长度小于20 cm,残膜回收率大于90%,作业后膜、杆分离,残膜自下而上揭起,残膜破损小。该机作业效率高,能耗小,回收的残膜集中堆放,可用于棉花收获后的残膜回收。     

基于稻草制造钵育秧盘水稻栽植机的研究

该研究在以稻草(植质)为原料研制出水稻钵育秧盘、以稻壳粉与土为原料混合研制成了人工苗床土的基础上,按基于稻草制造钵育秧盘水稻乳苗机械栽植技术的要求,设计和试制了水稻钵育乳苗栽植机,通过生产试验证明该项技术是可行的。     

完整稻秆卷压过程应力松弛试验

为深入研究完整稻秆在卷捆压缩过程中的流变特性,该文利用自制的钢辊式圆捆机卷压试验台进行了完整稻秆卷压过程应力松弛试验研究。选择稻秆含水率、草捆干物质质量、卷捆钢辊转速、稻秆喂入速度为试验因素,并以应力松弛时间和平衡弹性模量作为应力松弛特性评价指标,进行4因素5水平正交旋转组合试验。结果表明:完整稻秆卷压过程应力松弛模型可用1个Maxwell单元和1个弹簧并联组成的三元件方程表示;各因素对应力松弛时间贡献率排序依次为稻秆含水率、草捆干物质质量、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;对平衡弹性模量贡献率排序依次为草捆干物质质量、稻秆含水率、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;当稻秆含水率为65%、草捆干物质质量为17 kg、卷捆钢辊转速为257 r/min、稻秆喂入速度为1.6 kg/s时,应力松弛时间和平衡弹性模量可分别达最佳值17.08 s和4.01 k Pa。试验结果可为圆型打捆机对完整稻秆的卷压工艺优化及其压缩机理分析提供必要的理论与技术支持。     

杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机设计与试验

高地隙杂交水稻制种授粉机在作业过程中,当泥底层高差变化过大时,两侧的授粉器上下颠簸导致授粉器风场脱离父本穗层最佳作用位置,甚至完全脱离父本穗层,从而导致局部区域出现授粉缺失。为解决上述问题,该研究设计了一种杂交水稻穗层埋入式管道送风辅助授粉机,从减轻授粉器质量和增加有效作用深度2个方面进行优化,对授粉器的分流器和授粉管进行分析,并对分流器的气流均布效果和授粉器的气流风场特性进行仿真试验。仿真结果表明：在工作区间内,分流器的气流均布效果与入口风量无关（P>0.05）,根据参数优化选出的分流器可使3支授粉管的入口总压平均变异系数仅为1.14%;授粉管的喷孔直径为12 mm时,授粉边界区域风场速度约为1.2 m/s,可保证花粉横向悬浮运送至整个母本区域。根据理论分析和仿真结果试制样机并进行试验,结果表明：授粉机行走速度为1.5 m/s,作业效率约14 hm2/h,在通过200 mm地面高差时依然具有稳定的穗层风场保持能力,授粉管喷孔轴心气流平均速度为34.2 m/s的条件下,母本厢花粉采集点的载玻片单位视野内平均粒数为8.35粒（杂交水稻制种农艺上要求至少有3粒花粉）,其中平均花粉粒数多于3粒的采集点数量占比为96.02%,基本解决了局部区域授粉缺失问题。该研究可为杂交水稻制种田间机械化授粉提供参考。