大型玉米剥皮机关键技术革新设计浅析

本文分析了大型玉米剥皮机的关键技术新型剥皮辊、轴承座布局和新型安全保护装置等,以保证玉米剥净率,降低破籽率、玉米苞叶积压和机器故障率等。对大型玉米剥皮机关键技术的分析有利于新型剥皮机具的研制,可为玉米剥皮机的大规模制造和使用提供理论分析依据,有利于推进玉米剥皮作业的机械化。     

5 YPJ-10型玉米剥皮机的研制

阐述了5 YPJ-10型玉米剥皮机的结构及工作原理。装置采用了新型剥皮块铁辊,改进铁辊双轴承座与胶辊单轴承座布局,增加新型安全保护装置等新型机构部件。实验结果表明：该机具不仅提高了玉米剥净率,降低了破籽率,同时还解决了玉米苞叶积压、机器故障率、安全性能等诸多问题,大大提高了作业效率,为玉米收获剥皮提供了理想安全的作业机具。     

玉米剥皮装置的设计研究

根据农艺过程中对玉米剥皮装置的要求,设计了与4YW-2型玉米联合收获机配套使用的玉米剥皮装置,该部分主要由入料口、剥皮装置、压送装置、输送搅龙及传动装置等部分组成,可以一次作业完成玉米穗的传送、剥皮、玉米与苞叶的分隔收集等作业。为此,以玉米苞叶的剥净率、落籽率、籽粒损失率和生产率为主要指标,计算了部分零部件的结构尺寸。该玉米剥皮装置在4YW-2型玉米联合收获机上配置紧凑协调,作业顺畅可靠,玉米剥皮过程中剥净率达90%以上、作业损失率低于4%,保证了联合收获的作业性能指标,提高了联合收获机的生产效率。     

高低辊组合式鲜食玉米柔性剥皮装置设计与试验

针对我国鲜食玉米收获过程中剥皮装备机械工作效率低、剥皮损坏率高等问题,在现有剥皮装置结构的基础上,设计了一种“柔性分段辊型+螺旋调节架”组合式和橡胶频率振动板相匹配的柔性剥皮装置。根据鲜食玉米物理特性,对鲜食玉米剥皮过程进行力学与运动学分析,确定了影响剥皮性能的主要因素,并对该剥皮装置进行了结构设计及参数分析。运用ANSYS Workbench/LS-DYDA模块对鲜食玉米果穗剥皮过程进行仿真,根据理论分析和仿真结果设计了剥皮样机,开展了剥皮试验。为获得样机最佳试验物料,以果穗长度、果穗直径、果穗含水率作为试验因素进行单因素试验,确定长度为260～280 mm、直径为64～66 mm、含水率为66.5%～69%的果穗作为剥皮机正交试验物料的样品。利用Design-Expert软件设计三因素三水平正交试验,以剥皮辊转速、剥皮辊倾角和振动板振动频率作为试验因素,以苞叶剥净率、籽粒破损率作为试验指标。结果表明：对苞叶剥净率和籽粒破损率影响由大到小均为剥皮辊转速、剥皮辊倾角、振动板振动频率;最优参数组合为：剥皮辊转速478.72 r/min、剥皮辊倾角8.05°、振动板振动频率259.20次/...     

5YPJ型玉米剥皮机设计

我国玉米收获机械化研究起步晚且发展缓慢,玉米剥皮是玉米机械化收获中最薄弱的环节。玉米剥皮机械的研发尤其是与玉米收获机相配套的剥皮机械,仍处于起步阶段。针对现有类型的与玉米联合收获机配套的剥皮装置进行改进和优化设计,开发一种5YPJ型玉米联合收获机剥皮装置,解决玉米联合收获机剥皮装置存在的玉米苞叶剥净率低,子粒损失率、破碎率过高的问题,并提高与玉米联合收获机配套适应性。      

基于TRIZ理论的种子玉米剥皮机构设计与试验

与大田玉米剥皮作业相比,种子玉米剥皮对苞叶剥净率、籽粒破碎率和落粒率具有较高的农艺要求。针对种子玉米缺乏高效低损的剥皮手段问题,采用TRIZ理论联合显式动力学仿真与高速摄像技术开展了种子玉米剥皮机构设计方法研究。首先,基于TRIZ理论解决了种子玉米剥皮机构关键结构设计问题,并完成了剥皮机构的详细设计;其次,利用LS-DYNA进行了剥皮系统-种子玉米果穗的显式动力学仿真,分析种子玉米果穗运动过程及受力情况,验证了剥皮机构设计的合理性;搭建了高速摄像试验台,通过对种子玉米剥皮过程高速摄像的逐帧分析,并与仿真结果相比,得出3种工况下速度最大误差分别为0.035、0.066、0.095m/s,验证了剥皮辊分段设计的合理性;最后选择苞叶剥净率、籽粒破碎率及落粒率为性能指标开展了种子玉米剥皮试验,在3种工况下,试验结果满足种子玉米剥皮机构的性能指标要求。     

五因素玉米剥皮试验装置与试验设计研究

以黄淮海地区为代表的一年两熟制地区,由于玉米可生长期短、收获时间紧,收获时果穗含水率较高,摘穗时易产生断茎,且苞叶与果穗贴合紧密,剥皮作业质量效果较难保证,剥净率与啃穗率、脱落籽粒破损之间矛盾突出。目前,对高含水率(≥40%)果穗剥皮装置的系统理论与试验研究均较少,因而本文设计了5因素玉米剥皮试验装置,可以进行槽型布置和平面布置两种剥皮装置的室内试验。通过调整压送器与剥皮辊距离、剥皮辊倾角、剥皮辊转速、压送轮转速及剥皮辊组合形式等关键因素水平,以苞叶剥净率、啃穗落粒率和籽粒破损率为评价指标,进行多因素多水平正交试验,确定剥皮装置的最佳参数组合,为玉米联合收获机剥皮装置选型和参数设计提供依据。     

制种玉米与剥皮机构互作过程仿真与试验

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用DEM-MBD联合仿真技术对制种玉米与剥皮机构互作过程进行模拟研究,采用Box-Behnken试验设计原理,以压送器与剥皮辊间距、剥皮辊转速和剥皮辊间隙为试验因素,以果穗平均前进速度和最大受力为试验指标,进行三因素三水平试验,最后进行台架试验和田间试验。理论分析结果表明：玉米果穗沿剥皮辊轴线方向的前进速度和剥皮过程中所受的作用力能够分别表征苞叶剥净率与籽粒损失率;试验结果表明,制种玉米剥皮机构最佳工作参数组合：压送器与剥皮辊间距为32mm、剥皮辊转速为430r/min、剥皮辊间隙为-0.3mm,此时玉米果穗苞叶剥净率为93.33%,籽粒脱落率为1.802%,籽粒破损率为1.203%,机具田间试验与台架试验结果误差小于3%。试验所用剥皮辊满足制种玉米剥皮的性能要求,所用方法能够为制种玉米剥皮机构的改进提供参考。     

基于知识工程的玉米果穗剥皮装置设计

收获机械结构复杂多样,使用季节性强,且用户多样性、定制化需求特征明显,传统研发模式存在设计周期长、效率低和质量难以保证等问题。本文以玉米联合收获机果穗剥皮装置为研究对象,根据剥皮装置结构特征、技术参数和性能评价指标之间的关系,提出了基于知识工程的玉米果穗剥皮装置设计方法。首先明确剥皮装置设计流程,制定模块化设计方案,按照功能划分为专用件模块、通用件模块和标准件模块,其中专用件模块为剥皮装置核心组成部件,主要包括剥皮辊、压送器,通用件模块包括喂入辊、输送机构、排杂器、传动机构和果穗回收机构等,标准件模块包括传动件、连接紧固件和轴承等。然后按照标准、规范和约束范围,建立剥皮装置相关设计知识库,分析玉米品种特性、作业形式、传动方案、结构参数和工作参数之间的数学关系,同时利用框架式表示法对剥皮装置进行分解,建立自顶向下的谱系层次结构。基于果穗运动学和动力学分析,融合文献资料、试验数据和专家经验,建立了剥皮装置工作性能评价模型,包括苞叶剥净率评价模型、籽粒损失率评价模型和籽粒破碎率评价模型。基于Visual Studio平台,融合知识库、推理机、评价模型和系统人机界面,开发了基于知识工程的玉米剥皮装置设计系统,实现用户需求参数输入下设计参数的实时计算输出及参数评价。基于上述研究,以TPJ16型玉米果穗剥皮装置参数为例,在交互界面输入功率7.5kW、喂入量16.6t,计算获取剥皮装置关键结构参数和运动参数,并进行设计参数的性能评价,求解结果表明该剥皮装置的苞叶剥净率为96.01%,籽粒破碎率为1.42%,籽粒损失率为3.25%。     

小型玉米收获机的设计与试验

针对云南地区地形特点、玉米种植模式及玉米品种,根据现有玉米收获技术设计了小型玉米收获机,阐述了整机、传动系统、摘穗装置、剥皮装置、切碎还田装置的设计及特点。对整机部件进行合理配置,使整机的设计结构紧凑;摘穗辊采用金属与橡胶两种材料结合的方式,能够有效降低摘穗过程中玉米果穗的损伤率;对剥皮装置进行设计及优化改进,有效提高了玉米苞叶剥净率,降低了玉米果穗的损伤率及玉米籽粒破碎率。田间试验表明:机具作业状态符合玉米收获机行业标准,平均损失率为3.5%,苞叶剥净率为88.6%,籽粒破碎率≤1%,回转式切碎装置对玉米秸秆的切碎效果较好,可为云南地区的玉米收获机械化发展提供借鉴。     

新型玉米剥皮机的研究设计

针对当前我国玉米剥皮作业的现状和玉米剥皮机的应用情况以及存在的问题,设计了一种新型场上作业玉米剥皮机。对新型玉米剥皮机的总体结构、工艺流程和工作原理进行了细致研究;对关键部件尤其是剥皮辊的形状和排列形式进行了创新设计;对剥皮辊、压送器的结构参数及运动参数的确定进行了大量实验。与目前国内广泛使用的玉米剥皮机相比,新型玉米剥皮机在先进性、安全性和易维护性等方面有了长足的进步。     

玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊设计与试验

为提高玉米秸秆皮瓤分离效率,达到皮瓤分类利用,以秸秆群为研究对象,设计辊齿式碾压揭皮辊,实现秸秆皮瓤有效分离。采用密度理论法(SIMP)设计了辊齿式碾压揭皮辊,并进行了有限元模拟仿真分析,确定了碾压揭皮辊半径为33 mm,齿型刀片齿刃高2 mm、厚度2 mm、刃角30°。为寻找最佳参数组合,以皮瓤分离率为试验指标,碾压揭皮辊转速、辊齿间隙、切段长度为试验因素,进行二次回归正交旋转组合设计试验。运用Design-Expert进行试验数据处理与分析,建立评价指标与试验因素之间的数学模型,并对参数进行优化,确定玉米秸秆皮瓤分离碾压揭皮辊的最佳参数组合为:碾压揭皮辊转速为295 r/min,辊齿间隙为5 mm,切段长度为22 mm时,皮瓤分离率为85%。经试验验证,试验结果与分析结果基本一致。     

柔性揉搓式板栗剥苞机设计与试验

针对现有板栗剥苞机在七八成熟板栗剥苞时存在脱尽率低、损伤率高而只能手工剥苞、效率低下的现状,设计了一种基于柔性揉搓原理剥苞和往复运动筛分的板栗剥苞机。详细阐述了剥苞机的柔性揉搓关键部件、双层往复筛分部件以及传动系统的设计。设计的揉搓橡胶板和揉搓臂的长度可调,对不同大小的板栗刺球剥苞适应性好。通过样机试验,证明了该机对七、八成熟板栗剥苞的适应性,其脱净率大于96%,分离清洁度大于98%,损伤率小于4%。     

玉米果穗剥皮辊型及其主要参数优选试验

在前人研究基础上，用实验法在室内专用试验台架上对玉米果穗剥皮辊型及其主要运动与结构参数进行多指标正交试验，以求进一步摸清各参数对剥皮性能影响程度及其变化规律，寻求较优参数组合，为研究设计米果穗剥皮机械提供科学依据。     

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。     

覆膜喷灌对玉米秸秆腐解率和土壤酶活性影响

通过田间试验,对覆膜与喷灌条件下玉米秸秆还田有机物料腐解情况和土壤酶活性季节动态变化进行了研究。结果表明,与玉米常规种植比较,覆膜加喷灌、覆膜与喷灌使玉米秸秆腐解率提高了2.1%~16.7%,对玉米秸秆腐解率大小影响的顺序为覆膜加喷灌、喷灌、覆膜;在玉米秸秆腐解过程中,各处理对土壤转化酶活性和土壤磷酸酶活性均有不同程度的促进作用,分别提高了2.3%~43.5%和1.9%~46.6%;对土壤脲酶活性的影响表现为先抑后促,既在玉米秸秆腐解60 d时表现抑制作用,脲酶活性降低了16.8%~20.7%,相对湿度越大降低幅度越大;120 d时有促进作用,脲酶活性提高了1.1%~18.5%。     

立式锥滚筒花生脱壳装置结构与参数设计

设计一种立式锥滚筒花生脱壳装置。阐述该装置脱壳原理,对立式锥滚筒、锥筒凹板筛、传动系统、附件等关键部件进行优化设计,并进行整机装配。该脱壳装置结构设计合理,突破了传统的脱壳模式,提高了脱壳效率。     

变速升温对玉米秸秆热解产物特性的影响

通过玉米秸秆的变速升温及传统匀速升温热解试验,对不同热解形式下生成的生物炭、生物油及热解气进行检测分析,探究升温速率对其热解产物特性的影响。试验表明,玉米秸秆减速升温生物炭得率和热解气得率分别为29.82%和27.49%,而加速升温的产物中生物油所占比例较大。通过热重试验及气相检测,发现不同的升温设置改变了生物质热解进程。此外对非冷凝气体进行气相检测分析发现,CO、CO2先于CH4溢出,而H2的溢出浓度随着热解温度的升高而增大。对生物油主要成分的检测分析发现,减速升温所制生物油的主要成分为小分子物质,大分子有机物含量很少,而加速升温可以得到更加丰富的多环芳烃。通过对产物的对比分析发现,在相同的热解时间下,减速升温速率设置不仅可以保证热解产物中较高的生物炭得率,且热解气得率比匀速升温试验增加4.49%,生物油相得率减少4.51%,且稠环芳烃含量较少。优化升温速率设置可提高生产效率,从而为生物质热解工程中的炭气油联产提供新的思路。