楔形减阻旋耕刀设计与试验

为解决旋耕整地作业阻力大、能耗高等问题,该文基于旋耕刀理论受力模型设计了一种楔形减阻旋耕刀。采用Inventor和HyperMesh软件分别创建国标旋耕刀及楔形减阻旋耕刀的三维模型和切削土壤模型,分析了楔形减阻旋耕刀的应力强度,对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的切削阻力。通过田间试验对比了国标旋耕刀与楔形减阻旋耕刀的扭矩、功耗与碎土率。结果表明:楔形减阻旋耕刀所受最大应力为29.49 MPa,远小于材料的屈服强度430 MPa,在保证刀身强度的前提下,与国标旋耕刀相比,楔形减阻旋耕刀质量减轻8.3%;平均切削阻力较国标旋耕刀下降10.65%。在相同工况条件下,楔形减阻旋耕刀的平均扭矩为648.916 N·m,较国标旋耕刀下降11.35%;楔形减阻旋耕刀的平均功耗为67.3kW,较国标旋耕刀下降9.29%,碎土率提高4%,耐磨性能与国标旋耕刀持平,能够达到在降低作业功耗的同时,提高耕作质量并保证刀具使用寿命。     

基于灭茬圆盘驱动旋耕刀多功能耕整机设计与试验

针对玉米作物根茬难清除、制约后续标准作业的问题,结合北方寒地保护性耕作工艺,设计了一种与大马力拖拉机配套的茬地耕整机。该机采用联合作业方式,能够一次完成起茬、破茬碎土、垄体深松、灭茬旋耕、起垄、垄体整形等多项作业。设计了自驱动式弧形齿盘破茬器和螺旋碎土装置,破茬器转速为33～37r/min,旋耕刀转速为350～390r/min,深松深度为30cm左右。田间试验表明,该机工作性能良好,灭茬旋耕效果显著。与传统耕作机具和进口联合整地机相比,破土率提高2.4%～6.9%,破茬率提高6.3%～12.9%,节省油耗26.3%～40.4%。     

横轴对辊式棉秆起拔装置设计与试验

针对现有棉秆起拔机械作业需对行、漏拔率及拔断率高等问题,该研究设计了横轴对辊式棉秆起拔装置,其主要工作部件为送秆装置与拔秆装置,依据部件作业过程与动力学分析完成了结构参数确定,并获取了作业性能影响因素及其取值范围。以机具前进速度、拨禾杆线速度和拔秆辊转速为影响因子,棉秆漏拔率和拔断率为响应值进行三因素三水平二次回归正交试验,建立了响应面数学模型,并进行了参数优化与验证。结果表明,漏拔率影响因素的显著性顺序为前进速度、拨禾杆线速度和拔秆辊转速,拔断率影响因素的显著性顺序为拔秆辊转速、拨禾杆线速度和前进速度,最优参数组合为前进速度0.68 m/s,拨禾杆线速度1.75 m/s,拔秆辊转速221 r/min,在此参数组合下测得棉秆漏拔率为5.24%,拔断率为3.75%,与理论预测值相对误差均小于4%。研究结果可为棉秆起拔机械设计提供参考。     

食葵籽粒双层振动风筛式清选装置设计与试验

针对食葵机械化收获清选环节损失率和含杂率均偏高等问题,该研究设计了一种双层振动风筛式食葵清选装置,主要由风机、导料齿板式上筛体、阶梯抖动板式下筛体及驱动机构等组成。根据不同品种食葵籽粒大小,清选装置上下筛分别配套筛孔尺寸为20、18 mm和18、16 mm的两组编织筛网。通过清选过程物料动力学分析,获得影响该装置工作性能的主要因素为气流方向角、曲柄转速及筛面倾角。应用Fluent-EDEM耦合技术仿真模拟食葵清选过程,验证清选装置结构合理性。以大籽粒“三瑞10号”和小籽粒“葵花363”两种食葵为试验对象,气流方向角、曲柄转速及筛面倾角为影响因素,含杂率和损失率为评价指标,在自制清选装置台架上分别开展正交试验,利用综合分析法得出影响清选性能的主次因素依次为曲柄转速、筛面倾角、气流方向角,较优参数组合为气流方向角21°、曲柄转速250 r/min、筛面倾角4°,此时含杂率低于3%,损失率低于2%,满足食葵机械化收获标准,且作业性能优于已有食葵清选装置。该研究可为食葵机械化收获过程中清选系统的改进优化提供技术支撑。     

双螺旋对辊式辣椒收获装置的设计与试验

针对色素辣椒采收需求大,人工采收困难,采收效率低,破损率高等问题,该研究设计了一种双螺旋对辊式辣椒收获装置。首先通过对辣椒与螺旋钢棒接触点进行受力分析,确定影响采收性能的主要因素,并通过单因素试验确定优化试验中各因素选取范围。并以打完脱叶剂2 d后,辣椒茎秆含水率≤40%的新疆巴州焉耆县色素辣椒为试验对象,以采净率和破损率为试验指标,以工作速度、对辊转速、对辊间距和对辊螺距为试验因素,进行四因素五水平正交中心组合优化试验;运用Design-expert 10软件对试验结果进行参数优化,通过验证试验对优化后的参数进行验证。试验结果表明：当工作速度为2.1 km/h,对辊转速为142 r/min,对辊间距为24.3 mm,对辊螺距为10 cm时,采净率为98.7%,破损率为3.46%,满足色素辣椒收获机田间作业要求。研究结果可为色素辣椒收获机的设计和优化提供参考。     

鼹鼠多趾结构特征仿生旋耕刀设计与试验

为减小旋耕刀切土扭矩来降低旋耕机功耗,同时提高旋耕机耕作质量,该文分析了鼹鼠前肢手掌多趾组合结构和趾尖轮廓曲线特征,利用二次高斯方程拟合五个趾尖轮廓曲线(R2 0.95和SSE 0.05),并基于拟合曲线,设计了具有鼹鼠多趾结构特征的仿生旋耕刀。通过田间试验,分析传统型和仿生型旋耕刀在不同机组前进速度、转速和耕深条件下的整机功耗、土壤破碎率和沟底压实情况,得到仿生结构特征对整机田间耕作性能的影响。结果表明,当前进速度从1 km/h增加到5 km/h时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小16.88%;当转速从254 r/min增加到267 r/min时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小17.00%;当耕深从80 mm增加到160 mm时,仿生型旋耕刀的整机功耗平均减小21.80%。传统型旋耕刀耕后的沟底有压实现象,且沟脊高而宽,耕作效果不佳;而仿生型旋耕刀可以显著地降低耕后沟底被压实的风险,沟底平整,可进一步减小耕作功耗。2种类型旋耕刀在不同耕作条件下的整机土壤破碎率耕深稳定性、耕宽稳定性、耕后地表植被覆盖率、耕后地表平整度和土壤蓬松度在数值上相差不大,且均满足国标要求。研究结果对实现旋耕刀减阻降耗和改善耕作质量具有一定的启发。     

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1 100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16～40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1 210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降低了30%和12%。研究结果可为立辊式玉米收获割台的优化改进提供理论依据和参考。     

非对称式大小圆盘开沟装置设计与试验

为解决东北一年一熟区玉米秸秆覆盖地免耕播种玉米存在的秸秆覆盖量大导致机具堵塞严重和双圆盘开沟器入土困难等问题,该文设计了一种非对称式大小圆盘开沟装置,该装置采用大、小圆盘一前一后非对称设置,大圆盘预先切割秸秆、残茬,小圆盘完成秸秆拨离并开出种沟,为玉米免耕播种提供清洁种床。无秸秆覆盖下的EDEM离散元仿真试验和田间试验,预先验证了开沟装置的作业性能。秸秆覆盖下的田间试验表明:该装置在秸秆覆盖条件下仍可实现较为稳定可靠的开沟效果,平均开沟深度为71.41 mm,平均开沟宽度为38.27 mm,满足玉米免耕播种作业要求;不同秸秆覆盖条件下,该装置作业流畅、种沟整洁,无明显堵塞和连续晾仔、断条现象,切茬、入土性能良好。该研究可为玉米少免耕播种开沟装置的改进及研发提供理论支持和技术基础。     

抛送辊式百合收获机的设计与试验

为了解决黏重土壤条件下百合收获时果土分离效果差、埋果率高、破碎率高的问题,设计了一种适合黏重土壤条件下作业的抛送辊式百合收获机。结合百合生长状况以及种植农艺要求,对果土混合物在振动输送装置、抛送辊组上的运动过程及分离作业机理进行分析,构建了黏重土块在抛送辊上抛掷碎土、碰撞碎土的动力学模型,通过分析得到了振动输送装置结构及最大摆动角度、抛送辊组级数、抛送辊轮齿数、抛送辊轮直径及轮廓尺寸等参数。根据设计结果搭建了样机并进行了作业参数的多因素试验,以果土分离机构前进速度、抛送辊转速、挖掘深度为试验因素,百合埋果率、破碎率为试验指标,运用Box-Benhnken试验方法,建立因素与试验指标的回归方程,并得到因素对百合收获指标的影响规律。当试验取最优参数组合为果土分离机构前进速度为0.6 m/s,抛送辊转速为90 r/min、挖掘深度为170 mm时,百合埋果率、百合破碎率的田间试验值分别为6.3%和7.1%。机具各项性能符合设计要求,该研究成果可为百合机械化收获技术及装备研究提供参考。     

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。     

液压激振源自激振动深松机深松单体设计与试验

针对弹簧激振源的自激振动深松机在土壤阻力差异大的不同地块作业时存在适应性差、自激振动易失效的问题,该文提出了液压激振源的新型自激振动深松方法,设计了液压激振源深松单体。通过建立深松铲力学和运动学模型,确定了液压缸的关键结构参数;设计了压力调节系统,可实现液压缸压力快速调节;利用二次回归通用旋转组合试验方法,以耕深变异系数、牵引力为评价指标,探究了液压缸压力、前进速度、土壤坚实度对液压激振源深松单体作业效果的影响规律;获得了耕深变异系数、牵引力为响应值的回归模型,求解出耕深变异系数、牵引力同时较小时对应的参数组合为液压缸压力3.6 MPa、作业速度1.4 km/h、土壤坚实度1.18 MPa。利用求解出的参数组合对回归模型进行试验验证,获得的耕深变异系数为3.56%,牵引力为1 300.70 kN,优于二次回归通用旋转组合试验结果,证明了回归模型的可靠性。该研究可为自激振动深松机具的研究提供理论参考。     

气吸滚筒式油菜穴盘育苗精密排种器设计与试验

为满足油菜穴盘育苗移栽作业要求,解决油菜机械化种植茬口紧张难题,该研究设计了一种气吸滚筒式穴盘育苗精密排种器,利用光电传感器和正压投种机构实现同步整排投种。阐述了排种器基本结构与工作原理,对关键部件结构进行设计,应用Fluent软件模拟分析了3种不同正压进气孔间距条件下滚筒内壁和吸种孔与正压气室的流场特征;采用二次旋转正交组合试验方法,对排种器作业性能的主要影响因素(吸种负压、投种正压和吸种孔直径)与播种指标(单粒合格指数、漏播指数和重播指数)的关系进行研究,分析了各因素及其交互作用对各指标的影响规律,并采用多目标优化方法进行参数优化;在优化参数条件下,设定排种器生产率分别为600、700和800盘/h时,对3个品种油菜种子和1个蔬菜种子(茄子)进行排种性能试验。结果表明:当正压进气孔间距为144 mm时,整个正压气室无回流情况,各吸种孔处气流速度相对均匀;影响单粒合格指数的因素主次顺序为投种正压、吸种孔直径和吸种负压,最优参数组合为吸种负压3.73 kPa,投种正压0.23 MPa,吸种孔直径1.28 mm,此时单粒合格指数、漏播指数和重播指数分别为95.13%、2.80%和2.07%。生产率为600~800盘/h时,油菜种子的单粒合格指数均高于93%,漏播指数和重播指数均小于5%;茄子的单粒合格指数高于90%,漏播指数和重播指数均低于5%。该排种器的排种性能适应性较好且精准高效,能够满足油菜及部分蔬菜穴盘育苗播种作业要求。研究结果可为油菜等穴盘育苗播种机研发提供参考。     

3ZFC-7型全方位复式中耕机的设计与试验

针对中国对大马力拖拉机配套复式作业装备发展的需要,结合中耕和除草关键技术,设计一种与59.2～88.9 kW系列拖拉机配套的可一次性完成深松、侧深施肥和智能计量、行间和苗间除草等多项作业的全方位复式中耕机。应用虚拟样机技术和田间试验相结合,完成了平行四杆随行仿形单体、螺旋梳齿除草器和振动施肥装置有机组合,使机构紧凑合理,中耕和除草性能更加稳定。经试验测试,该机具结构简单,通用性好,作业适应性强,各项作业性能指标完全满足农艺要求,符合农场集约化、规模化和大机械化作业,为开发系列大型全方位复式中耕机型奠定基础。     

V-L型秸秆粉碎还田刀片设计与试验

针对秸秆粉碎还田刀片工作过程中存在的刀片易磨损、粉碎效果不理想和稳定性差等问题,通过分析现有刀片的优缺点,设计了一种V-L型秸秆粉碎还田刀片,具有延长刀片的使用寿命、提高秸秆粉碎效果和作业效率等优点。通过分析拖拉机前进速度、刀辊转速以及二者相互作用对秸秆粉碎率的影响,确定了刀片工作参数的最佳组合:拖拉机进速度为1 m/s,刀辊转速为1 400 r/min。通过2因素3水平正交试验,确定了刀片结构参数的最佳组合:刀片前倾角为10°,刃线与地面夹角为14°。对安装V-L型刀片的秸秆粉碎还田机整机作业效果进行了田间试验,结果表明各项指标均达到了国家相关标准的技术要求。该研究可为秸秆粉碎还田刀片设计提供参考。     

1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机的设计与试验

为提高水田筑埂作业质量与效率,减轻作业劳动强度,结合东北地区水稻种植农艺要求,研究设计了1DSZ-350型悬挂式水田单侧旋耕镇压修筑埂机。阐述分析了机具整体设计方案与工作原理,对其关键部件偏牵引悬挂仿形调节系统、旋耕筑埂深度可调式传动总成、旋耕集土刀辊总成和镇压筑埂圆盘总成进行了理论分析与结构设计。为获得修筑埂机最佳工作参数组合,以机具前进速度和旋耕工作转速为试验因素,田埂平均坚实度和高度变异系数为试验指标,进行了多因素二次通用旋转组合台架试验,运用Design-Expert 6.0.10软件建立因素与指标间数学模型,采用多目标参数优化确定机具最佳作业状态。试验结果表明,当机具前进速度为1.33 km/h,旋耕工作转速为525 r/min时,筑埂作业性能最优,满足旋耕集土及镇压筑埂要求,其所筑田埂平均坚实度为2 160 k Pa,高度变异系数为4.01%。田间试验表明,该机具作业性能稳定,所筑田埂质量良好,各项指标均满足筑埂作业要求。该研究为水田机械化筑埂机具的创新研发与优化提供理论支撑和技术参考。     

预切种木薯播种器阶梯式振动散种机构设计与试验

针对预切种播种器对成堆木薯种茎进行精密播种时待充木薯种茎乱序、充种可靠性低等难题,在播种器供种环节设计一种阶梯式振动散种机构。建立了木薯种茎在阶梯式振动散种机构上运动过程的数学模型,对木薯种茎相对散种板的下滑运动和其在阶梯式调姿板上的抛掷运动进行理论分析,确定显著影响机构性能的因素分别是作业宽度、振动频率、台阶倾角以及限位挡角。基于离散元法（Discrete Element Method,EDEM）建立了木薯种茎-振动散种机构的仿真模型,单因素仿真试验明确了各因素对横向调姿成功率和散种输送成功率的影响规律。研制了阶梯式振动散种机构试验台,进行四因素五水平正交中心组合试验研究,并基于最优的因素参数组合对4个不同品种的木薯进行适应性测试,确定最佳参数组合。结果表明当阶梯式振动散种机构的供种箱作业宽度为643.41 mm、振动频率为55.58 Hz、限位挡角为145.06°、台阶倾角为80.13°时,横向调姿成功率为85.7%,散种输送成功率为88.2%;当在最优因素参数组合下进行试验,横向调姿成功率为85.6%,散种输送成功率为88.6%。研究为预切种式木薯精密播种器相关装备的研制提供指导参考。     

旋刀式荸荠芽根同步切除装置设计与试验

针对荸荠芽和根切除工序复杂、效果差、切削力较大等问题,该研究设计了一种旋刀式荸荠芽根同步切除装置,借助荸荠自身重力和装置结构形式进行限位,由回转刀片组同时切除芽和根。首先对荸荠运行及切削过程展开理论分析,确定关键部件结构形式与参数范围。进一步在EDEM离散元软件中以荸荠芽和根的切削力为评价指标,以锯齿旋切刀几何参数和切削速度为影响因素开展仿真优化试验,得到最佳参数组合为：锯齿底长5 mm,齿高15 mm,切削速度0.103 m/s。搭建测力平台对仿真结果进行验证,并与平刃旋切刀进行性能对比。结果表明,优化后的锯齿旋切刀可减小23.29 %的切削力。基于Box-Behnken原理设计定位孔内壁优化试验,得到最佳参数条件下荸荠的斜切高度差为4.5 mm。研究结果可为荸荠芽根切除装置设计提供参考。