玉米果穗喂入形式与籽粒破碎率的关系研究

为降低玉米籽粒脱粒过程中的机械损伤,掌握玉米果穗在不同籽粒含水率、不同喂入形式和不同脱粒辊转速下在双喂入口脱粒装置上与玉米籽粒破碎率的关系,对不同含水率的玉米穗进行了不同喂入形式和不同脱粒辊转速的脱粒试验。分析结果表明：籽粒含水率25％时,籽粒破碎率明显高于含水率13．5％的值;玉米穗从A喂入口喂入是以冲击脱粒方式为主,玉米籽粒破碎率高;从B喂入口喂入是以差速脱粒方式为主,玉米籽粒破碎率低;在同一含水率下,从A喂入口与B喂入口喂入,籽粒破碎率都随脱粒辊转速的增加而增加。研究成果为改进脱粒工艺和减少玉米破碎提供了依据。     

影响玉米脱粒性能的因素分析与研究

针对我国玉米收获时籽粒含水率较高,不能直接脱粒收获的关键问题,通过单因素试验,分析了影响玉米籽粒破碎率和未脱净率的主要因素—籽粒含水率和脱粒速度等。利用Origin软件进行数据拟合并绘图,得出含水率和脱粒速度与破碎率、未脱净率的关系。试验数据表明,适合玉米脱粒的籽粒含水率为13.9%~27.6%,当含水率为18.3%时,籽粒破碎率最低;满足玉米脱粒条件的脱粒线速度为2.99~7.77m/s,当线速度为5.04m/s时脱粒效果最佳。     

玉米种子差速脱粒的单因素分析

为优化差速式玉米种子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,以籽粒破碎率与未脱净率为主要性能指标,选取直辊转速、喂入量和籽粒含水率为试验因素,对差速式玉米种子脱粒机进行了单因素试验.分析结果表明:不同玉米品种的变化总趋势相似,都随直辊转速的增加而籽粒破碎率增加;直辊转速的增加在一定范围内对未脱净率有利;喂入量的增加会使脱粒效果变差,未脱净率增加; 籽粒含水率对破碎率的影响呈一元二次函数关系,籽粒含水率太大或太小对籽粒破碎率的影响都很大;随籽粒含水率的增加.籽粒未脱净率增加.研究成果为玉米种子差速脱粒的多因素综合试验提供了考察依据.     

5TYS280玉米脱粒清选试验台的设计研究

我国夏播玉米主要集中在黄淮海地区,其生长期短、收获时籽粒含水率高,直接脱粒收获易造成籽粒破碎,脱净率与籽粒破碎率和含杂率之间的矛盾,作业质量较难保证。目前,针对高含水率玉米脱粒清选装置的系统理论与试验研究均较少,因此设计开发了一种玉米脱粒清选试验台。其主要由机架、脱粒分离装置、清选装置、输送装置、电机控制及转速数据采集系统等部件组成。以籽粒破碎率和含杂率为评价指标,通过调整滚筒转速、滚筒倾角、凹板间隙、筛网倾角、曲轴转速及风机转速等关键因素水平,进行单因素多水平试验及多因素多水平正交试验,确定高含水率玉米脱粒清选装置的最佳参数组合,为玉米籽粒收获机脱粒清选部件设计、改进及参数选择提供依据。     

玉米收获机低损变径脱粒滚筒设计与试验

针对华北地区玉米收获时籽粒含水率较高、籽粒直收破碎率较高的问题,设计了一种变径脱粒滚筒。滚筒前端直径渐变增大直至与脱粒分离段等径,通过提高滚筒变径段果穗容纳能力,增强果穗之间柔性接触,有效“松散”籽粒之间及籽粒-芯轴之间作用力,使果穗更易于脱粒,从而实现籽粒与芯轴的快速分离,有效提高了脱粒速度,降低了籽粒破碎率。对果穗与脱粒元件受力进行分析,研究变径段锥度对果穗受力的影响。基于动力学仿真试验,分析了果穗与脱粒元件之间的接触力以及果穗-果穗和果穗-脱粒装置之间的接触频次,结果表明,变径滚筒提高了果穗之间的接触频次,降低了脱粒元件与果穗的直接接触,即变径滚筒中果穗之间接触揉搓作用更强。以滚筒转速、凹板间隙及籽粒含水率为试验因素进行了三因素四水平正交试验,确定最优组合为籽粒含水率26%、滚筒转速350 r/min、凹板间隙50 mm,此时籽粒破碎率为4.13%、籽粒未脱净率为0.34%。在籽粒含水率为27%时与等径滚筒进行了对比脱粒试验,按籽粒的完整性将破损籽粒分为全碎籽粒、裂纹籽粒、破皮籽粒及顶部破碎籽粒,结果表明,变径滚筒的籽粒总破碎率为4.64%,比等径滚筒的总破碎率降低19.16%,破损籽粒中全碎籽粒、裂纹籽粒及破碎籽粒所占比例均明显降低;变径滚筒未脱净率为0.42%,比等径滚筒的未脱净率降低51.72%,证明变径滚筒能够有效降低籽粒破碎率及未脱净率。     

智能玉米籽粒联合收获机设计与试验

籽粒收获是我国玉米收获发展方向,但黄淮海地区高含水率夏玉米脱粒收获时籽粒破碎率、损失率和含杂率高。为推动高含水率玉米籽粒收获机械化进程,研制一种智能玉米籽粒联合收获机,设计一种低损摘穗与秸秆处理一体化割台,通过摘穗板间隙、拉茎辊转速、割台高度等主要参数调整,实现割台高效低损摘穗;设计一种适于高含水率玉米的纵轴流脱粒滚筒结构,通过优化脱粒滚筒、分离凹板和顶盖结构,调整脱粒系统工作参数,提高脱净率,降低破碎率;开发玉米收获机精准智能控制系统,集成导航定位、基准行自动引导作业、割台高度自动仿形、关键部件转速实时监测、故障报警等技术。田间试验表明:该机生产率0.73 hm~2/h,总损失率1.32%,籽粒破碎率4.47%,籽粒含杂率2.1%,满足设计与使用要求。     

玉米联合收获机纹杆式脱粒元件设计与试验

我国华北地区玉米收获时籽粒含水率较高,采用钉齿式及杆齿式脱粒元件进行籽粒直收时,籽粒破碎率较高,为降低脱粒过程中籽粒破碎率,设计了一种纹杆式脱粒元件,分析其前倾角变化对果穗受力的影响规律,以籽粒破碎时压缩量为依据,对纹杆块顶端弧面形状进行设计。基于EDEM研究纹杆元件顶端参数对果穗受力的影响,采用拟水平法设计四因素四水平正交试验,试验结果表明:较优纹杆参数组合为前倾角75°、凸棱倾角25°、凸棱宽度6 mm、凸棱高度10 mm;通过台架试验探究滚筒转速、凹板间隙等工作参数对纹杆式滚筒脱粒效果的影响规律,当籽粒含水率为28.5%时,最优滚筒转速为300 r/min,凹板间隙为50 mm,此时籽粒破碎率为5.34%。在最优工作参数下,对比不同脱粒元件脱粒效果,发现籽粒破碎率分别由杆齿式元件的9.91%、钉齿式元件的7.83%下降至纹杆式脱粒元件的5.34%,证明所设计的纹杆式脱粒元件能够有效降低脱粒过程中籽粒破碎率。     

双滚筒式玉米种子脱粒装置设计与试验

针对玉米种子脱粒过程中含杂率及破碎率高等问题,采用冲击原理,设计了一种双滚筒式玉米脱粒装置。把该装置安装在玉米籽粒收获机上进行试验,选取机组前进速度、第二脱粒滚筒转速和脱粒间隙为试验因素,以玉米籽粒破碎率、含杂率为试验指标进行三因素二次正交旋转组合试验。运用DPS数据处理软件进行回归方程显著性分析可得,影响玉米籽粒含杂率、破碎率的试验因素主次顺序均为:脱粒滚筒转速、机组前进速度、脱粒间隙。试验表明:该装置满足玉米脱粒装置的要求,可为玉米种子脱粒装置的研究提供参考。     

纵轴流柔性锤爪式玉米脱粒装置设计与试验

针对两熟区玉米籽粒直收过程中籽粒破碎严重、未脱净率高的问题,设计了一种纵轴流柔性锤爪式玉米脱粒装置。该脱粒装置采用纵轴流脱粒滚筒,脱粒滚筒上安装脱粒锤爪,脱粒前段和脱粒后段可更换不同型式的脱粒锤爪,脱粒锤爪与脱粒滚筒柔性连接,以降低籽粒破碎率,实现玉米的柔性低损伤脱粒。脱粒凹板采用分段组合式,便于脱粒段、排杂段的调整,凹板圆柱钢上设计半球形凸起,以增加搓擦力,提高脱净率。选取喂入量、滚筒转速、脱粒锤爪型式作为试验因素进行了正交试验,确定了在不同含水率下,喂入量、滚筒转速和脱粒锤爪的最佳参数组合,结果表明：含水率为25.12%时,最佳参数组合为滚筒转速500r/min,喂入量8kg/s,起脱段为扁头脱粒锤爪,平脱段和强脱段为圆头脱粒锤爪,此时籽粒破碎率为3.73%,未脱净率为0.69%;含水率为32.83%时,最佳参数组合为滚筒转速450r/min,喂入量8kg/s,起脱段、平脱段和强脱段均为圆头脱粒锤爪,此时籽粒破碎率为4.36%,未脱净率为0.70%。     

纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒分离装置设计与试验

为满足黄淮海地区较高含水率玉米籽粒直收作业要求,解决现有籽粒收获机籽粒破碎率和未脱净率高、玉米芯轴苞叶易堵塞凹板等问题,在分析现有脱粒装置结构特点的基础上,设计了一种“柔性钉齿+双扭簧压力短纹杆”组合式脱粒元件和“六棱孔网格筛+鱼鳞式脱粒橡胶辊”组合式脱粒凹板相配合的柔性脱粒分离装置。对关键部件进行理论分析,确定了影响脱粒性能的主要因素,利用搭建的纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒试验台进行单因素试验,得到脱粒性能较好时滚筒转速、辊筒传动比以及脱粒间隙的变化范围。以滚筒转速、辊筒传动比和脱粒间隙为试验因素,以籽粒破碎率、未脱净率为指标进行三因素三水平正交试验。结果表明,对籽粒破碎率和未脱净率影响由大到小均为滚筒转速、辊筒传动比、脱粒间隙;最优参数组合为滚筒转速475r/min、辊筒传动比1.5、脱粒间隙45mm,此时籽粒破碎率为3.76%,未脱净率为0.52%。对该组合进行试验验证,各指标符合国家相关标准要求。     

低损伤组合式玉米脱粒分离装置设计与试验

针对现有籽粒直收型玉米收获机脱粒分离装置在收获高含水率玉米时存在籽粒破碎率高、脱净率低、籽粒夹带损失大、玉米苞叶易堵塞凹板的问题,设计了一种低损伤圆头钉齿与分段组合式圆管型脱粒凹板相配合的脱粒分离装置。分析了脱粒元件与果穗、果穗与凹板之间的接触模型,确定了玉米脱粒装置最优脱粒元件的结构参数、最佳的凹板组合形式。以籽粒破碎率和未脱净率为试验指标,以脱粒元件排布方式和不同凹板组合形式为试验因素,进行了台架试验,确定了较优组合为:圆头钉齿等高排布且最优球头半径为12. 5 mm,凹板最佳组合形式为圆管右向+直圆管(前疏后密型),并与常规梯形杆齿和栅格式凹板组成的脱粒分离装置进行了田间对比试验。试验结果表明:籽粒破碎率由13. 73%降低至8. 64%,未脱净率由0. 6%降低至0. 2%;未出现玉米苞叶堵塞凹板问题。     

高含水率玉米籽粒低损收获与穗茎一体化收获技术及装备

正"十三五"期间,中国农业机械化科学研究院承担的"高含水率玉米籽粒低损收获与穗茎一体化收获技术及装备"项目,取得了多项创新成果。该研究以玉米籽粒含水率、作业质量参数为控制依据,建立了摘穗损失、籽粒破碎、籽粒回收损失等指标的自适应智能调控策略,研发了玉米籽粒破碎率、果穗断穗率在线传感系统和控制模块,形成高含水率玉米籽粒收获自适应调控系统;开发了低损喂入、收获台过载保护和返吐等技术,以及高效单纵轴流、双纵轴流脱粒等核心装置,研制了高含水率玉米单纵轴流籽粒收获机、高含水率玉米双纵轴流籽粒收获机,解决了高含水率玉米籽粒收获国际性难题,引领玉米收获技术的发展。     

高含水率玉米橡胶复合钉齿制备与脱粒性能试验

为降低高含水率果穗脱粒过程中的籽粒破碎率和未脱净率,以满足玉米籽粒直收技术对脱粒装置要求,改进设计了橡胶层与碳钢层复合结构的脱粒钉齿,自制丁腈橡胶、天然橡胶和三元乙丙橡胶作为复合钉齿的外层结构材料,并完成复合钉齿加工。采用台架试验方法研究不同外层材料的复合钉齿对玉米果穗脱粒性能（籽粒破碎率和未脱净率）和自身抗磨损性能（破损损失质量和表层组织磨损）的影响,脱粒试验表明：籽粒含水率范围为29.7%~30.5%、果穗喂入量为8~12kg/s时,丁腈橡胶、天然橡胶及三元乙丙橡胶复合钉齿和传统碳钢钉齿籽粒破碎率分别为4.85%~7.27%、3.77%~6.23%、2.92%~4.88%和6.90%~10.35%,未脱净率分别为0.41%~0.82%、0.35%~0.78%、0.30%~0.69%和0.24%~0.59%。磨损试验表明：由表层组织宏观磨损可见,丁腈橡胶层沟壑痕迹明显,且磨损破坏严重,三元乙丙橡胶层凹坑数量远少于天然橡胶层,两者均未导致破损失效;由SEM表层微观形貌可知,丁腈橡胶层裂纹缺陷数量最多,且组织不连续,天然橡胶层孔洞削弱组织间结合力,且易疲劳失效,三元乙丙橡胶层大部分组织相对完整连续,且具有较强抵抗外力作用。结果表明：在籽粒高含水率时,橡胶复合钉齿能显著提高玉米果穗脱粒性能,其中三元乙丙橡胶复合钉齿的脱粒与自身抗磨损的综合性能最佳,较传统碳钢钉齿籽粒破碎率降低了52.85%~57.68%,未脱净率与传统碳钢钉齿相近,能够满足玉米籽粒收获机脱粒质量评价技术规范要求。     

高含水率玉米仿生脱粒元件设计与试验

为减少玉米脱粒装置造成的籽粒破损,研发适用于高含水率玉米脱粒装置,以先玉335品种玉米为脱粒对象,进行了脱粒元件的仿形、刚柔耦合作用设计,以及凹板的栅格板仿形设计与制作。通过简易脱粒装置对仿生脱粒元件脱粒原理进行了分析与试验验证,并与现有短纹杆式脱粒元件的脱粒性能进行了对比。试验结果表明:当玉米籽粒含水率在25%~33%范围内、采用相同凹板时,两种脱粒元件造成的玉米破损率均随籽粒含水率的升高而增大,且纹杆式脱粒元件的玉米破损率明显高于仿生脱粒元件的破损率;凹板栅格板采用仿形结构的玉米脱粒破损率小于栅格板斜面为45°结构的破损率。本研究为高含水率玉米脱粒装置的设计开发提供了理论依据。     

轴流式玉米柔性脱粒装置设计与试验

针对现有玉米籽粒收获装置对黄淮海夏玉米脱粒时存在籽粒损伤大,未脱净率高等问题,设计了一种轴流式玉米锥形脱粒滚筒,采用“柔性钉齿-短纹杆”组合式脱粒元件,实现籽粒低损高效收获。通过对锥形滚筒及关键部件结构的理论分析,确定了脱粒滚筒的关键参数;利用搭建的脱粒试验装置进行单因素试验,得到滚筒转速、脱粒元件间距及脱粒间隙对脱粒性能的影响关系。在此基础上,以滚筒转速、脱粒元件间距和脱粒间隙为试验因素,对破碎率和未脱净率进行三因素三水平二次回归正交试验,结果表明:滚筒转速、脱粒元件间距、脱粒间隙对破碎率与未脱净率均有显著影响;最优参数组合为滚筒转速425r/min、脱粒元件间距90mm、脱粒间隙45mm,对应的破碎率为5.72%、未脱净率为0.83%,达到国家相关标准要求。该研究可为黄淮海地区玉米脱粒滚筒的研发提供参考。     

轴流式玉米脱粒装置钉齿元件优化与试验

为降低黄淮海地区高含水率玉米果穗脱粒时的破碎率,以轴流钉齿式玉米籽粒收获机的脱粒系统为基础,通过对钉齿工作过程理论分析,优化设计一种弧面钉齿;利用离散元软件（Engineering discrete element method,EDEM）,分别对梯形钉齿与弧面钉齿与果穗接触时的受力进行分析,得到梯形钉齿和弧面钉齿与果穗接触时受到的切向力均值分别24.47、20.65N,法向力均值分别为50.93、45.47N。分别采用Q235钢、丁腈橡胶套和聚氨酯橡胶材料制作弧面钉齿,以滚筒转速、脱粒间隙、喂入量为变量进行单因素试验,试验材料为籽粒含水率为28%的郑单958。结果表明,当果穗喂入量为10kg/s、脱粒间隙为55mm、滚筒转速为300r/min,采用丁腈橡胶套弧面钉齿和聚氨酯橡胶弧面钉齿脱粒时,破碎率较传统梯形钉齿下降20%,未脱净率不大于1.02%。该研究可为解决高含水率情况下果穗脱粒装置的设计提供参考。     

4YL-4型自走式玉米籽粒联合收获机设计与试验

山东省位于黄淮海地区,玉米收获时籽粒含水率一般超过30%,直接进行籽粒收获破碎较高,很难满足生产需求。为解决籽粒收获时破碎率高的问题,设计了4YL-4型自走式玉米籽粒联合收获机。该机配置了柔性脱粒装置、高效清选装置及秸秆还田机,能够完成摘穗、果穗收集、输送排杂、低损脱粒及秸秆粉碎还田等工序。田间试验结果表明:该机功能高度集成,作业效率高,操控舒适性好,生产效率高,主要性能指标达到国家标准。     

种子玉米籽粒剪切损伤试验与分析

种子玉米在脱粒过程中会因受到剪切力而破碎,造成损失。研究玉米品种、剪切位置、含水率3个因素对玉米籽粒破裂时所受极限剪切力的影响,分析玉米籽粒剪切损伤原理,以期为降低脱粒时玉米籽粒的破损率提供理论依据。     

立式玉米脱粒装置设计与试验

为减小脱粒机械整机尺寸,提高机械通用性,采用立式脱粒方式,设计一种锥形外筒与轴流脱粒滚筒相配合的立式脱粒装置,在控制脱粒装置尺寸的同时保证脱粒质量。阐明立式脱粒装置的结构与工作原理,分析脱粒过程中脱粒元件的受力情况,设计一种弓齿式脱粒元件。通过EDEM软件对果穗与弓齿接触时的受力进行仿真分析,确定最佳弓齿直径为10 mm。以滚筒转速、脱粒间隙和弓齿弯曲半径为试验因素,以籽粒破碎率为试验指标进行试验并进行单因素方差分析。结果表明：籽粒破碎率随滚筒转速增加而增加,随脱粒间隙增加而减小,随弓齿弯曲半径增大而减小,其中滚筒转速与脱粒间隙对立式脱粒装置籽粒破碎率影响较为显著。最终选出立式脱粒装置最优的滚筒转速为300 r/min,脱粒间隙为80 mm,弓齿弯曲半径为20 mm,此时籽粒破碎率为4.67%,符合国家标准要求。该研究为开展新型玉米脱粒装置提供新的思路。     

种子玉米生物力学特性与脱粒性能的关系研究

通过对3种类型(硬粒型、半马齿型、马齿型)种子玉米生物力学特性测定分析和挤搓式种子玉米脱粒试验,研究了种子玉米籽粒剪切与压缩特性、籽粒果柄断裂特性、玉米芯弯曲与压缩特性与种子玉米脱粒性能的关系。试验结果分析表明:种子玉米籽粒破碎率受籽粒最小破碎力影响较大,未脱净率受种子玉米籽粒果柄最小断裂力的影响较大,籽粒含杂率受玉米芯最小破裂力与最小断裂力的影响较为复杂;挤搓式脱粒原理适用于种子玉米脱粒。