玉米穗茎兼收割台切碎装置参数优化

针对玉米穗茎兼收割台的需求,设计了一种横置滚筒式茎秆切碎装置,并对其切碎性能及割台摘穗性能进行了试验研究。通过对切碎装置工作原理的分析,确定在拉茎速度与切碎滚筒转速比值一定的条件下,以机器作业速度、动刀切割前角、切碎滚筒转速为自变量,以玉米果穗损失率、籽粒破碎率、籽粒损失率、茎秆平均切段长度和几何标准差为试验指标,利用Box-Benhnken Design中心组合试验设计原理,进行了3因素3水平正交旋转组合田间试验,利用Design-Expert软件对试验结果进行了响应面分析和回归分析,得到试验指标与试验因素间的数学模型。试验结果表明：机器作业速度和切碎滚筒转速与5个试验指标有二次非线性关系,动刀切割前角仅与茎秆平均切段长度、几何标准差有二次非线性关系,因素的交互项中仅机器作业速度与切碎滚筒转速的交互项对籽粒破碎率、茎秆平均切段长度有显著影响。对切碎滚筒转速进行圆整,得到最优参数组合为：机器作业速度为1.35m/s,动刀切割前角为52°,切碎滚筒转速为1350r/min,此时果穗损失率为1.1%,籽粒破碎率为0.23%、籽粒损失率为0.74%、茎秆平均切段长度为30.73mm、几何标准差为1.28。与田间试验结果对比可知,回归模型有很好的可靠性。将最优组合试验结果与优化前的参数组合（机器作业速度为1.11m/s,动刀切割前角为53°,切碎滚筒转速为1657r/min）得到的结果进行比较可知：优化后较优化前果穗损失率降低0.4%,籽粒破碎率降低0.784%,籽粒损失率降低1.318%,茎秆平均切段长度缩短12.20mm,几何标准差减少0.34。优化后试验指标低于标准规定的指标值,满足设计要求。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

冬春鲜喂饲用油菜收获机滚刀式切碎装置设计与试验

针对长江中下游地区饲用油菜生物量大、含水率高,缺乏适用收获机械的问题,开展了冬春鲜喂饲用油菜机械化收获切碎装置设计与试验。根据物料特性、切碎及抛送等作业要求,确定了平板型滚刀式切碎装置主要结构参数和作业参数;采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了喂入压辊转速与切碎器主轴转速对茎秆切碎长度合格率和功耗的影响,构建了长度合格率和功耗与喂入压辊转速和切碎器主轴转速的回归方程,优化得出了最佳作业参数。试验结果表明:喂入压辊转速为400～550 r/min,切碎器主轴转速为600～800 r/min,茎秆切碎长度合格率较优。优化得出喂入压辊转速496. 17 r/min、切碎器主轴转速为709. 14 r/min时,茎秆切碎长度合格率为91. 16%。采用平板型滚刀式切碎装置开展鲜喂饲用油菜收获田间试验和饲喂试验表明:收获饲用油菜切碎茎秆长度满足饲用油菜冬春鲜喂要求。     

穗茎兼收型玉米收获机茎秆切碎与输送装置设计与试验

针对玉米收获时秸秆回收困难、利用率低的问题,设计了一种穗茎兼收型玉米收获机,对茎秆切碎和输送装置进行了详细设计。通过比较,采用转子铣刀切割器作为茎秆切断装置,运用ANSYS/LS-DYNA对转子铣刀刀片厚度、转速、刃角进行了三因素三水平的正交试验, 试验表明铣刀转速为1400r/min、刀片厚度为7mm、刃角为20°时功耗最小;设计了具有不同齿形和转速的单层多辊式输送器,并通过理论分析建立了4输送辊线速度之间的关系;对茎秆切碎装置进行了设计,确定动定刀位置和理论切碎长度。最后对样机进行了田间试验,结果表明：实际茎秆切碎长度与理论切碎长度无显著差异（P≤0.05）,样机各项指标满足设计和行业相关标准要求。     

4 QG-2型青贮收获机切碎揉搓装置的设计

结合我国目前青贮玉米种植状况及切碎揉搓效果对青饲料品质的影响,简单介绍了4 QG-2型青贮收获机的切碎揉搓装置的组成及工作过程,对其切碎部件及揉搓进行了设计,并计算了该装置在不同数量切碎动刀及不同喂入速度情况下的青贮玉米理论切段长度。为验证该装置的实际切碎揉搓效果,对4 QG-2型青贮收获机进行了田间试验。试验结果表明:在不同数量切碎动刀及不同喂入速度情况下,该装置的青贮玉米实际平均切段长度与理论计算值吻合较好,切断长度符合相关标准要求。通过对该装备在有无揉搓部件下收获的青贮玉米效果进行对比,安装有揉搓部件的青贮收获机揉搓效果改善较为明显,青贮玉米茎节及籽粒破损效果较好,可进一步提高青贮玉米的发酵效果,改善青饲料的品质、适口性及利用率。     

玉米茎秆甩刀式切碎装置的设计与试验

针对现有穗茎兼收型玉米收获机茎秆切碎装置位于整机后部,在作业过程中茎秆被轮胎辗压,造成茎秆切碎含杂率高的问题,设计了一种可以安装在割台下方的茎秆切碎装置。对切碎装置“L”型切碎甩刀进行结构设计,对单个甩刀进行有限元静力学分析,得出甩刀的应力图和变形分布图,可知甩刀工作时所受应力和变形量均在允许范围内。对切碎装置进行田间试验,结果表明:茎秆切碎长度合格率为90.6%,茎秆含杂率为0.5%,切碎装置满足设计要求。     

甘蔗收获机切段装置设计与试验

针对甘蔗收获机切段装置存在的切段机理理论缺乏、切段损失大、对切段装置要求多样化等现状,对比分析了切段装置前置式、中置式、后置式3种形式的收获流程,并基于对前置切段式结构的理论分析,推导前置切段式切段长度的经验公式,设计了切段装置试验台和切段装置前置式收获机割台。进行了切段过程高速摄影试验,获知蔗段在切段过程中的运动规律、蔗叶与蔗茎的分离形式、断口糖分损失的主要形式及原因,通过田间正交试验确定了影响蔗段合格率因素主次顺序为:交错深度、行驶速度、切段辊转速,当交错深度为4 mm,行驶速度为2 km/h,切段辊转速为300 r/min时,割台蔗茎合格率达到93%。通过统计学分析计算,得出了长度系数为0.7,其长度分布近似符合正态分布规律。     

油菜联合收获机切抛组合式纵轴流脱离装置设计与试验

针对传统油菜联合收获机链耙式输送器输送距离长、且易引起油菜高粗茎秆堵塞的问题,设计了一种切抛组合式纵轴流脱离装置,实现油菜的强制喂入、切断抛送、脱粒分离功能于一体,整机关键部件全部采用液压驱动,可保证其无级调速和运转平稳。通过对茎秆的运动学与动力学分析,确定了喂入辊、切碎滚筒和脱粒滚筒的结构参数与工作参数,以夹带损失率和功耗等为评价指标,开展了切碎滚筒转速、脱粒滚筒转速和脱粒间隙的正交试验。正交试验结果表明:较优参数组合为切碎滚筒转速450 r/min、脱粒滚筒转速450 r/min、脱粒间隙30 mm,此时夹带损失率为0. 415%,脱出物短茎秆质量分数为10. 43%,切碎滚筒和脱粒滚筒总功耗为4. 16 kW,排草口茎秆平均长度134. 8 mm,对应的旋风分离清选系统籽粒总损失率为6. 13%、清洁率为91. 97%。田间试验表明,切抛组合式纵轴流脱离装置能实现物料由割台至脱离装置的均匀连续输送和脱粒分离功能,可满足油菜联合收获机的作业要求。     

鲜食玉米果穗收获负压除杂装置参数优化与试验

针对现有鲜食玉米收获机在收获果穗时,果穗中含有茎叶等杂质,影响运输、贮存和后续加工等问题,采用轴流风机负压除杂技术去除果穗中的茎秆和茎叶等杂质,同时在除杂装置内增加动、定刀,切碎杂质,便于后续的打包回收利用,并对风机负压除杂装置进行了性能分析和参数优化。通过对动、定刀进行动力学分析,对动、定刀数和刀间隙进行分析,确定了该装置的风机转速范围为1326~1573r/min,动、定刀间隙20mm,定刀数为3~8。采用二次回归正交组合试验方案,以风机转速、定刀数、喂入量为试验因素,以果穗含杂率和茎秆切碎长度合格率为试验指标进行台架试验,通过分析各因素对指标贡献率,得到影响茎秆切碎长度合格率的主次顺序为喂入量、风机转速、定刀数,影响果穗含杂率的主次顺序为风机转速、喂入量、定刀数。建立了参数优化数学模型,利用Optimization模块优化得出,当风机转速为1524r/min、单排定刀数为4、喂入量为7.6kg/s时,茎秆切碎长度合格率为96.8%,果穗含杂率为0.69%。对优化后的参数组合进行了5组验证试验,得到茎秆切碎长度合格率平均值为96.2%,果穗含杂率平均值为0.71%。相比于传统收获机,该装置使果穗含杂率降低了23.3%,说明该优化参数能够满足鲜食玉米果穗收获和茎叶青贮相关技术要求。     

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。     

立辊式玉米收获机夹持输送装置的设计分析

针对立辊式玉米摘穗割台夹持输送装置可靠性差及影响推广应用的瓶颈问题,设计了浮动式茎秆夹持输送装置,阐述了工作原理。通过对夹持位置、夹持力、夹持输送链速度与机器作业速度的分析,提出了三点夹持输送可靠性理论依据。通过对玉米茎秆输送过程的试验与分析,验证了浮动式茎秆夹持输送装置的可行性,为立辊式玉米摘穗割台设计提供了参考依据。     

玉米茎秆在立式切碎装置中切后运动规律的试验分析

对玉米茎秆在立式切碎装置中抛洒规律进行了研究,对抛洒过程中的主要影响参数进行了分析和优选,并进行了有针对性的试验。结果表明,在保证玉米茎秆立式切碎装置的切碎效果最佳状态下,挡板与防护罩上不留有抛洒口并且防护罩的出口处与机组的前进方向调有15°的夹角时,能够保证碎杆抛洒均匀。     

双立轴式玉米秸秆还田装置切碎功耗的试验研究

利用所设计的模拟田间作业的双立轴圆盘刀玉米秸秆还田装置试验台,研究了动刀刀端线速度、动刀类型、玉米茎秆直径对切碎功耗的影响,并对空转功耗进行了试验研究。研究结果表明:当动刀选用直线刀,动刀刀端线速度选为26～30m/s,可以降低切碎功耗且满足玉米秸秆切碎要求,为双立轴式玉米秸秆还田装置的设计提供了理论依据。     

对茎秆切碎还田机试验长度合格率测定方法的修改意见

根据ＪＢ／Ｔ６６７９－９３《茎秆切碎还田机试验方法》５、３“切碎长度合格率”的测定方法进行检测时发现，此法从理论上讲很准确，但在实际操作中，由于一些实际问题而使准确性难以保证。根据该标准切碎长度合格率的计算公式为：Ｆｈ＝×１００其中，Ｆｈ———切碎长度合格率，％；Ｗｚ———测区内测点茎秆重量，ｇ；Ｗｂ———测区内测点中不合格茎秆重量，ｇ按试验方法规定，机具作业后通常取１ｍ２为一个测点，收集１ｍ２内的全部茎秆称重，然后从中挑出不合格的茎秆进行称重。但在实践中，有许多客观因素影响该项指标的准确性。当…     

甘薯秧蔓收获特性试验装置研究

针对甘薯秧蔓收获过程中输送通道堵塞、功耗大、作业参数采集难等问题,研究设计了在不同喂入速度、夹持输送速度和切割速度下甘薯秧蔓收获特性试验装置。试验装置由喂入装置、割台装置和控制系统组成,喂入速度、夹持输送速度和切割速度可调整。以秧蔓收净率、切割力和切割扭矩为目标值,对喂入速度、夹持输送速比和切割速度等影响因素进行了中心组合试验和验证试验。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业性能的影响,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明：收净率影响显著性主次顺序为夹持输送速比、喂入速度、切割速度,切割力和切割扭矩影响显著性主次顺序为切割速度、夹持输送速比、喂入速度;其最优工作参数组合为喂入速度0.55m/s、夹持输送速比1.48、切割速度1.50m/s时,收净率为91.0%、切割力为152.89N、切割扭矩为5.87N·m,验证试验表明实测值与理论优化值误差小于5%。     

基于立式切茎装置的玉米茎秆抛撒规律研究

为了研究立式玉米茎秆切碎装置结构参数对玉米茎秆抛撒规律的影响,该试验以玉米茎秆在切碎过程中运动和切碎后的散布规律为研究对象,采用图像分析学与数理统计学相结合的方法分别对立式切碎装置的抛撒口结构参数、玉米茎秆的运动参数与玉米茎秆抛撒规律之间的联系进行初步研究。研究结果表明:立式切碎装置抛撒口的宽度与位置影响玉米茎秆的切碎与抛撒效果,抛撒口全封闭时玉米碎秆的散布均匀性最高。     

4QG-2型青贮割台的切碎装置设计

切段长度明显影响青贮品质,是衡量青贮机性能的主要技术参数之一。针对4QG-22青贮机的切碎装置,通过计算和试验验证了其切碎系统的切碎和揉搓性能,并提出一些提高切碎性能的方法。     

基于ADAMS的油菜割晒机顺向侧铺装置参数优化与试验

针对常规立式油菜割晒机多采用侧边铺放方式,茎秆铺放方向与机组前进方向垂直,油菜茎秆铺放角差异大、姿态各异,易导致后续捡拾作业喂入量波动和捡拾不彻底等现实问题,提出了一种油菜割晒机顺向侧铺装置,分析了关键部件作业参数,基于ADAMS开展了铺放质量的仿真优化试验。利用运动学与动力学分析了割台排禾口处茎秆的平抛运动过程及其落地后的定轴转动过程,结合茎秆铺放角形成机理,计算得出拨禾星轮齿数为7、转动角速度为6.27rad/s,确定了排禾导向板曲线参数方程;基于ADAMS构建了油菜茎秆顺向侧铺装置的多体运动学仿真模型,以机组前进速度、横向输送链速比、割台倾角为因素,以茎秆铺放角为评价指标,开展了Box-Behnken仿真试验,以铺放角最小为目标构建了优化目标函数,运用Design-Expert软件求解得到最佳参数组合并开展了仿真和田间验证试验。Box-Behnken试验结果表明,最佳参数组合为机组前进速度0.93m/s、横向输送链速比1.11、割台倾角117.93°,理论最优铺放角为15.25°。仿真验证试验结果表明,在最佳参数组合条件下,铺放角仿真值为14.42°,与理论值相对误差为5.4%。田间试验结果表明,油菜顺向侧铺装置作业顺畅、无堵塞,油菜茎秆平均铺放角为17.25°、平均铺放宽度为752mm、平均铺放层高度为323mm,可满足实际生产需求。该研究可为立式油菜割晒机铺放装置结构改进和优化提供参考。     

履带式不停机打捆收割一体机设计与试验

本文研制了一款履带式不停机打捆收割一体机,研究设计了履带式液压变量行走底盘、不停机圆捆打捆装置等关键部件,集成应用了双圆盘锯割台装置、多辊喂入装置、组合式切碎滚筒装置、负荷喂入与作业速度自动匹配的自适应调控系统,研发了由缓冲箱、输送连爬机构、喂入辊和控制系统等组成的不停机打捆系统。整机具有适应柠条、沙柳、杂交构树等木本植物的连续收割、多级输送、切碎抛送、链爬输送喂入和不停机打捆成型等功能。性能试验表明,研制的履带行走底盘能适应8t载重行走和20°爬坡要求,整机行走、切割、输送、链爬输送喂入、打捆作业流程通畅,圆捆成型的捆包尺寸为Φ900mm×1000mm,捆型规整,平均捆重约220kg/捆(柠条鲜重),成捆率约98.2%,损失率约5.5%,平均作业速度为3-4km/h,最高作业速度可达5.9km/h,作业后平均割茬高度＜8cm,作业生产效率0.66ha/h，可实现收割、输送、连续不停机一体化作业。