柔性梳脱式酿酒葡萄脱粒机构设计与试验

针对目前中国酿酒葡萄人工采摘效率低下的问题,为实现酿酒葡萄机械化采收,提出柔性梳脱式采摘方式,设计了以柔性弓齿为核心部件的酿酒葡萄柔性梳脱式采摘机构。首先基于ADAMS软件建立了弓齿及果梗的柔性仿真模型。采用广义力建立连接力,传感器监测断裂条件,实现了葡萄果粒在外力作用下的脱粒过程控制,解决了面对多对象脱粒仿真过程控制的关键问题。分析了梳脱辊转速、柔性弓齿弯曲刚度和梳脱辊间距对葡萄脱粒过程的影响规律和机理。基于仿真试验选取因素及水平,并以脱粒时间和破损率为指标,进行了正交试验,确定试验因素最佳组合为:梳脱辊转速160 r/min,弓齿弯曲刚度0.067 N·m2,梳脱辊间距280 mm,在该条件下脱粒时间为1.73 s,破损率为3.51%。该文为深入研究收获过程的机理和收获机构的优化提供参考。     

酿酒葡萄果-蒂振动分离试验

为深入研究酿酒葡萄果-蒂振动分离特性,寻求影响分离效果因素的最优组合,该文基于酿酒葡萄做变速运动产生惯性力克服葡萄果-蒂连接力实现分离的原理,搭建了曲柄摇杆机构分离率测定装置。通过对曲柄摇杆机构运动及果-蒂分离临界条件的分析,构建了果-蒂振动分离模型,确定电机转速、偏心距离及摇杆长度为主要影响因素,并针对霞多丽和赤霞珠品种开展试验研究。结果表明:影响酿酒葡萄分离率显著因子的主次顺序为偏心距离、摇杆长度和电机转速;赤霞珠品种较霞多丽品种更适合机械采收;当转速为245 r/min,偏心距离为75 mm,摇杆长度为200 mm时,赤霞珠分离率为95.2%,葡萄果-蒂分离的频率范围为2.11~3.69 Hz,葡萄穗梗处的振幅为169.8 mm。该文研究结果可为酿酒葡萄收获装置的设计提供理论依据。     

梳刷振动式枸杞收获装置设计与运行参数优化

针对目前中国枸杞人工采收效率低、成本高的问题,该文采用梳刷振动相结合的采收方式,设计了梳刷振动式枸杞收获装置,并进行了试验。首先基于ADAMS软件建立了枸杞果实、枝条模型与梳刷振动机构模型。枸杞果实、果柄间连接力采用广义力连接,通过设置传感器来监测果柄断裂条件,实现了枸杞果实、果柄在外力作用下的分离过程控制。通过仿真分析,确定了收获装置的梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度3个因素为影响采收效果的主要因素。然后以梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度为因素,以采收效率、成熟枸杞采收率、青果脱落率以及成熟枸杞破损率为评价指标,进行了田间试验,试验结果表明:在梳刷转速80 r/min、圆盘转速100 r/min、振动幅度80 mm的因素水平组合下采收效率为13.12 kg/h,成熟枸杞采收率为87.46%,青果脱落率为13.81%,成熟枸杞破损率为2.82%,采收效果最佳,相比于其他单一原理的采收机构,本装置既达到了较高采收效率与成熟枸杞采收率,也保证了相对较低的青果脱落率与成熟枸杞破损率。该文可为枸杞机械化采收机械的设计提供理论依据与数据支撑。     

轴流螺旋滚筒式食用向日葵脱粒装置设计与试验

针对食葵脱粒过程中籽粒表皮划伤严重及未脱净率高等问题,该研究设计了一种轴流螺旋滚筒式食葵脱粒装置。脱粒元件为外径32 mm的螺旋管,对物料在脱粒空间的运移过程进行运动学与动力学分析,确定脱粒元件螺旋管螺旋升角为63°,螺距为2 800 mm。以葵花3638为对象进行台架试验,通过单因素试验探索喂入量、滚筒转速及脱粒间隙对籽粒未脱净率和破损率的影响,根据单因素试验结果,以喂入量、滚筒转速、脱粒间隙为影响因素,未脱净率和破损率为响应指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert软件建立响应指标与影响因素之间的数学模型,基于响应面法进行参数优化,获得脱粒装置在喂入量1.4 kg/s,滚筒转速300 r/min,脱粒间隙35 mm的参数组合下脱粒效果较好,此时未脱净率为0.55%,破损率1.76%。以优化参数组合进行验证试验,结果表明,未脱净率为0.59%、破损率为1.77%,与模型预测值的相对误差均小于5%。该装置未脱净率与破损率均低于现有向日葵脱粒机,满足向日葵机械化收获标准。该研究为食葵机械化收获装备的研制提供理论参考。     

正多杆变隙式油葵脱粒装置设计与试验

目前已有的油葵脱粒装置无法适用不同条件下的油葵脱粒需求,该文针对油葵在脱粒过程中油葵脱净率较低、籽粒破损率较高等问题,设计了一种基于多杆机构的变隙式油葵脱粒装置。重点介绍了变隙式油葵脱粒装置的结构及工作原理,并对变隙式凹板筛结构的间隙调节机构与角度调节机构进行运动学分析、通过运动轨迹分析和求解,确定了变隙式凹板筛可变间隙为20～60 mm。试制了变隙式油葵脱粒装置试验台,以滚筒转速、脱粒间隙、喂入量作为试验因素,以脱净率、破损率为指标开展正交试验,确定较优作业参数组合。试验结果表明:在脱粒过程中,影响油葵脱净率和籽粒破损率的因素主次顺序为脱粒间隙、滚筒转速、喂入量,较优作业参数组合为脱粒间隙35 mm、滚筒转速280 r/min、喂入量1.8 kg/s。在较优作业参数组合下进行重复试验验证,结果表明,油葵的平均脱净率为99.01%,籽粒破损率为2.28%,满足油葵脱粒作业需求。该研究的较优作业参数适用于该文试验的物料条件,实际作业中需调整脱粒凹板筛的直径大小,进而改变脱粒间隙等工作参数以适应不同条件下的油葵脱粒需求。研究结果可为后续油葵脱粒装置的设计提供参考。     

变隙式油葵脱粒装置设计与试验

目前已有的油葵脱粒装置无法适用不同条件下的油葵脱粒需求,该文针对油葵在脱粒过程中油葵脱净率较低、籽粒破损率较高等问题,设计了一种基于多杆机构的变隙式油葵脱粒装置。重点介绍了变隙式油葵脱粒装置的结构及工作原理,并对变隙式凹板筛结构的间隙调节机构与角度调节机构进行运动学分析、通过运动轨迹分析和求解,确定了变隙式凹板筛可变间隙为20～60 mm。试制了变隙式油葵脱粒装置试验台,以滚筒转速、脱粒间隙、喂入量作为试验因素,以脱净率、破损率为指标开展正交试验,确定较优作业参数组合。试验结果表明：在脱粒过程中,影响油葵脱净率和籽粒破损率的因素主次顺序为脱粒间隙、滚筒转速、喂入量,较优作业参数组合为脱粒间隙35 mm、滚筒转速280 r/min、喂入量1.8 kg/s。在较优作业参数组合下进行多次重复试验验证,结果表明,油葵的平均脱净率为99.01%,籽粒破损率为2.28%,满足油葵脱粒作业需求。该研究的较优作业参数适用于本文试验的物料条件,实际作业中需调整脱粒凹板筛的直径大小,进而改变脱粒间隙等工作参数以适应不同条件下的油葵脱粒需求。研究结果可为后续油葵脱粒装置的设计提供参考。     

双支撑酿酒葡萄果实振动分离装置作业机理

为深入研究双支撑酿酒葡萄果实振动分离装置作业机理,分别利用当量平面机构法及复数矢量法,对双支撑酿酒葡萄果实振动分离装置中RSSR空间四杆机构及平面双摇杆机构进行理论解析,建立了工作部件的运动学和动力学模型,确定了电机转速、振动位置和振动摇杆长度为分离效果的主要影响因素。试验研究表明,电机转速、振动位置对分离效果影响极显著,振动摇杆长度影响不显著;当电机转速为750 r/min、振动位置为550 mm、振动摇杆长度为125 mm时分离效果最佳,分离率为95.42%。Solidworks仿真分析和高速摄像分析均获得了最优振动分离角速度及角加速度曲线,拟合良好,验证了装置作业机理的合理性。该研究可为酿酒葡萄收获机设计改进提供参考。     

圆弧渐进式红花丝采收装置设计与试验

针对红花切割采收时花丝破损率高、采净率低等问题，该研究结合红花物料及力学特性，设计了一种圆弧渐进式红花丝采收装置。通过对圆弧渐进刀具进行受力分析和切割速度分析，明确了影响采收性能的关键因素为刃口倾斜角和刀轴转速；利用Fluent软件对采收腔室流场进行分析，确定适宜的风机转速，验证腔室设计的合理性。为提升圆弧渐进式红花丝采收装置的工作性能，以刃口倾斜角、刀轴转速和风机转速为影响因素，以采净率、破损率、集净率为响应指标，进行二次正交旋转试验。运用Design-Expert软件建立数学模型，获得最优参数组合为：刃口倾斜角25°，刀轴转速6 44 r/min，风机转速2 800 r/min，对应的采净率为92.1%，破损率为9.6%，集净率为94.7%，对优化结果进行验证试验，结果表明，采净率为91.5%，破损率为9.8%，集净率为94.2%，与仿真优化结果误差不超过5%，表明所设计的红花丝采收装置能较好地完成红花丝采收作业。该研究可为红花机械化采收提供理论依据和技术参考。     

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。     

偏心式林果振动采收机的研制与试验

为提高林果采收效率,降低采收成本,针对中国果园矮化密植模式下机械化作业条件差的特点,设计了偏心式林果振动采收机。该机安装在电控履带车上,通过偏心块旋转产生的离心力激振树干实现林果振动采收。建立了偏心式振动采收动力学模型,得出了采收机—果树系统稳态响应振幅表达式并分析了主要影响因素。利用该采收机对核桃(新新2号)进行了采收试验,结果表明:激振频率对树干全振幅和果实采净率具有显著性影响(P=0.05),树干全振幅和果实采净率随激振频率的增大而增大,激振频率20Hz时达到最大值,分别为8.83mm和92.6%;落果和树干夹持处均未见破坏性损伤,但激振频率越大,夹持处痕迹越明显,建议控制激振频率于19～20Hz,平均采净率约达到89.5%～92.6%,而且果实和树干没有破坏性损伤。该研究为实际生产提供指导。     

4PZ-1型自走式酿酒葡萄收获机的研制与试验

针对新疆人工采收酿酒葡萄劳动强度大、效率低下,缺乏适应新疆酿酒葡萄种植模式的收获装备问题,研制了一种自走式酿酒葡萄收获机。该机采用全液压驱动,主要由振摇分离机构、收集输送机构及自走式液压底盘三大部件组成,一次作业1行,可一次性完成对酿酒葡萄的分离、输送、除杂及收集作业。田间试验结果表明:在地形平坦,酿酒葡萄含糖量达到18%的情况下,该机以2 km/h的速度进行收获作业时可获得较佳采收效果,该速度下主要指标平均生产率为0.6 hm2/h,平均果实采净率为93.8%,平均果实破损率为9.3%。该研究可为推动中国酿酒葡萄收获机的国产化进程提供参考。     

断梗激励下葡萄果粒的振动脱落特性与试验

针对夹剪式鲜食葡萄采摘中的断梗振动激励引起的果粒脱落问题,对断梗激励下鲜食葡萄的振动脱落特性与动态响应进行研究。首先建立葡萄果实-分梗动力学模型,推导果实脱落的理论角速度,分析果实-果梗摆动脱落的临界分离条件。然后利用ABAQUS软件分析单颗粒葡萄在断梗激振下的动态响应与摆动趋势,探索在无挤压状态下果实形变过程,从而预测串型葡萄在断梗激励下的实际振动响应。最后对串型葡萄的简化模型进行振动有限元分析,获得葡萄果实在脱落前瞬间相对于果梗结合处的位移、速度、加速度和应力应变等数据,从而确定葡萄的临界振动脱落参数组合。通过仿真试验和采摘振动试验验证模型的准确性。结果表明：在断梗激励下,葡萄果实出现不确定的各向异性扭转摆动;对整串葡萄进行0～25 Hz的扫频分析可知受振果实的临界脱落频率约为4 Hz;受振果实摆动幅度为49.88 mm,速度峰值0.92 mm/s,加速度峰值39.08 mm/s2时开始脱落;同一激励下,虽然各个果实位置不同,但它们振动特性变化趋势相同。该研究可为防脱落采摘机构参数设计提供理论依据。     

振动和拨辊推送式藠头收获机研制

针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题，该研究研制了基于"杆筛式振动碎土+拨辊推送式多级分离"技术的自走式藠头收获机。对挖掘和果土分离过程中的物料状态和作业机理进行了分析，建立模型计算得到了挖掘装置的位置和深度、杆筛式振动装置的振幅和曲柄转速、拨辊的尺寸和位置等关键参数，基于可调式挖掘装置、杆筛式振动装置、拨辊推送式多级分离装置组成加工了藠头收获机样机。针对研究内容设计了田间挖掘试验和整机性能试验，对以上装置及整机的作业性能进行验证。田间试验表明：该机实际挖掘深度稳定，漏挖率、埋果率、总伤果率分别为0.31%、3.20%、5.87%，有效收获率为93.23%。整机结构及布局合理，性能稳定，能够满足当前丘陵山区条件下藠头机械化收获的需求。     

适应不同成熟度大豆的差速脱粒滚筒性能试验与分析

针对南方地区大豆草谷比和未成熟豆荚占比高，造成收获机脱粒清选分离质量差、功耗大等问题，设计了一种前后两段组合且两段转速差可调的脱粒滚筒，研究了脱粒滚筒参数变化对豆荚和籽粒的能量、等效形变量等的影响。以脱粒齿类型、前段滚筒转速、两段滚筒转速差为影响因素，以破碎率、未脱净率和夹带损失率为评价指标，得到了差速与非差速脱粒滚筒的最优参数组合，并通过综合性能试验对比了两种脱粒滚筒的脱粒质量、作业油耗和工作效率。结果表明，差速脱粒滚筒最优参数组合是脱粒齿类型为纹杆齿-杆齿组合式脱粒齿，前段滚筒转速为450 r/min，两段滚筒转速差为150 r/min。此时，相较于传统的杆齿式非差速脱粒滚筒，脱粒质量更高，油耗降低了2.7 L/hm²，最大作业效率增大了10.35%。该研究能够为解决南方地区大豆联合收获机脱粒装置适应性问题提供依据。     

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。     

田螺脱壳清洗机振动筛的设计与试验

为减轻田螺脱壳清洗的劳动强度，设计研制了一种结构简单、操作方便的振动式的田螺脱壳清洗机。通过对振动筛曲柄摇杆机构的尺度综合分析，以传动角最大为寻优目标计算出机构的曲柄、连杆、摇杆长度分别为8、180、220 mm；通过机构运动分析和试验研究，得出曲柄转速在600 r/min左右时，脱净率可达96%。     

气力式矮密栽培红枣捡拾机研制

为满足在矮密栽培模式下实现红枣收获机械化的工作要求,该文针对落地红枣捡拾效率较低、机械化捡拾易伤枣及红枣与杂质分选困难等问题,研制了一种适用于新疆矮化密植红枣的气力式红枣捡拾机。该机主要由柴油机、风机、拨轮分选装置、吸气室、闭风器、吸气管、传动系统、行走系统以及振动分离筛机构等组成,根据其工作原理,确定振动分离筛机构的偏心距为60mm,曲柄转速范围为131.61～160.62r/min。运用Design-Expert10.0.3.1软件,根据Box-Benhnken中心组合设计方法,以机器前进速度、风机转速、曲柄转速为影响因子,红枣拾净率和含杂率为响应值进行三因素三水平二次回归正交试验设计,并对各因素进行优化。结果表明:对红枣拾净率和含杂率的显著性影响顺序为:风机转速曲柄转速机器前进速度;验证试验结果表明:当机器前进速度为0.60 m/s、风机转速为3 080 r/min、曲柄转速为140 r/min时,红枣拾净率为96.41%、含杂率为1.54%。田间试验值与理论优化值相对误差分别为1.71%和3.40%,均小于5%。该研究可为矮密栽培红枣机械化捡拾提供参考。