两级分段式黑水虻虫沙滚筒筛分装置设计与试验

针对黑水虻虫沙分选过程中黑水虻幼虫含杂率高、损失率高等问题,结合黑水虻虫沙的机械物理特性设计了一种黑水虻虫沙分离装置,该装置主要由两级滚筒筛、链轮、电机等组成.以滚筒转速、滚筒倾角、喂入量为试验因素,以含杂率和损失率为评价指标,设计三因素三水平正交试验,分析各因素对含水率为30.2％的黑水虻虫沙筛分性能的影响.结果 表...     

基于堆积试验的黑水虻离散元仿真参数标定与分析

为解决黑水虻在畜禽粪便处理后续分离环节中应用筛分机械作业难、缺乏准确离散元仿真模型等问题,以黑水虻为研究对象,基于EDEM仿真软件模拟,选取系统中"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型,以堆积角为评价指标,对黑水虻离散元仿真模型参数标定进行研究.首先,通过Plackett-Burman试验筛选对黑水虻...     

黑水虻虫沙对白菜生长性能的影响

[目的]研究不同添加量黑水虻虫沙对白菜生长性能的影响。[方法]将黑水虻转化新鲜猪粪制备的虫沙A及黑水虻转化餐厨垃圾制备的虫沙B分别以0、5%、10%、20%的比例与园艺栽培基质混合进行盆栽试验。[结果]添加20%黑水虻转化新鲜猪粪制备的虫沙B组白菜生长性能最好。[结论]黑水虻转化新鲜猪粪制备的虫沙可作为有机肥使用。     

发酵猪粪对黑水虻转化率的影响及黑水虻幼虫和虫沙营养成分测定

研究了发酵猪粪与新鲜猪粪对黑水虻转化率的影响,并对新鲜猪粪饲养的黑水虻幼虫及虫沙的营养成分进行了测定。结果表明,发酵猪粪与新鲜猪粪对黑水虻转化率的影响不显著。新鲜猪粪饲养的黑水虻幼虫粗蛋白及粗脂肪的含量分别为40.2%和33.7%,含有丰富的氨基酸及脂肪酸。转化后残渣的有机质含量为71.88%,总氮含量为2.32%,总磷(以P2O5计)含量为5.19%,总钾(以K2O计)含量为1.25%,p H为7.3,符合有机肥料标准。     

黑水虻幼虫处理鸡粪后虫体营养及虫沙评价

为探讨不同比例黑水虻幼虫处理鸡粪对黑水虻幼虫生长性能和虫沙肥料的影响,选择150日龄新鲜蛋鸡粪(各处理均为100 g),在人工气候培养箱中设置14组不同初始投放条数密度的3日龄黑水虻幼虫(0、50、100、…、1 000条,分别表示为T0、T50、T100、…、T1000),对黑水虻幼虫生长性能及营养成分和鸡粪营养物质变化进行研究。结果表明:T50组与T100组黑水虻幼虫生长性能显著高于其他幼虫处理组(P0.05),其中T50组和T100组每条幼虫鲜质量分别可达134.70 mg和98.47 mg,干物质含量分别可达37.49%和34.61%。T100～T1000组虫沙含水率显著低于新鲜鸡粪组(CK)、无虫组(T0)和T50组(P0.05);虫沙pH总体偏碱性,幼虫处理组pH均高于CK组,只有T100组pH为8.48,符合《有机肥料》(NY 525—2012);虫沙粗蛋白含量幼虫处理组显著低于CK组和T0组(P0.05),T350组虫沙粗蛋白含量最低,仅为7.32%,T50～T1000组虫沙类腐植酸含量显著低于CK组和T0组(P0.05);CK组虫沙类胡敏酸含量显著高于T50和T100组,而T50和T100组虫沙类胡敏酸含量显著高于其他幼虫处理组(P0.05),并且其他幼虫处理组虫沙类胡敏酸含量接近于0;T50和T100组虫沙各重金属含量均符合《有机肥料标准》。研究表明,T100组即100条黑水虻幼虫与100 g鸡粪的比例满足了幼虫和虫沙的需求,幼虫具有更高水平的生长性能及营养成分,虫沙被黑水虻幼虫充分利用后仍保留较多有利于提高植物品质的类腐植酸和类胡敏酸,其中pH、有机质、总养分含量及重金属含量均满足我国《有机肥料》(NY 525-2012),对虫沙进行再加工可生产出商品有机肥料,因此T100组是黑水虻幼虫高效处理鸡粪的合理比例,有利于指导黑水虻幼虫的饲养管理,高效地针对蛋鸡粪实现变废为宝。     

双向螺旋黑水虻虫沙收集装置设计与试验

针对黑水虻虫沙难以收集的问题,结合虫沙机械物理性能,设计了一种双向螺旋虫沙收集装置,对装置的工作原理与结构参数进行了分析与计算。为了确定双向螺旋虫沙收集装置的工作性能并得到最佳的工作参数,以双向螺旋转速、排料螺旋转速、虫沙厚度为试验因素,以排料管单圈排料量和收集完成时间为评价指标,对含水率43.6%的虫沙进行单因素和多因素正交试验分析,确定了各工作参数的主次顺序。结果表明,影响单圈排料量因素的主次顺序为排料螺旋转速虫沙厚度双向螺旋转速,影响收集完成时间因素的主次顺序为虫沙厚度排料螺旋转速双向螺旋转速。多因素正交试验与方差显著性检验有较好的一致性,排料螺旋转速和虫沙厚度对单圈排料量的影响均显著(P0.05);虫沙厚度对收集完成时间的影响显著(P0.05)。通过对2个评价指标进行综合评分法分析,得到的最优因素组合为双向螺旋转速78 r/min,排料螺旋转速68 r/min,虫沙厚度4 cm,经验证试验得到平均单圈排料量为142 g,平均收集完成时间为48 s,满足虫沙收集要求。研究结果可为螺旋收集虫沙设备的优化设计提供重要参考。     

黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥离散元模型参数标定

在采用离散元法对黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥收集、转运等关键环节进行仿真分析时,存在餐厨垃圾有机肥的本征参数及餐厨垃圾有机肥与装备之间接触参数缺乏的问题。以含水率为37.5%的黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥为研究对象,利用EDEM 2020软件对其离散元仿真模型参数进行标定。通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验及Box-Behnken试验获得各参数的最优组合为：泊松比0.2、剪切模量7 MPa、密度2 000 kg·m^-3、有机肥-有机肥碰撞恢复系数0.46、有机肥-有机肥静摩擦系数0.8、有机肥-有机肥滚动摩擦系数0.15、有机肥-钢碰撞恢复系数0.51、有机肥-钢静摩擦系数0.65、有机肥-钢滚动摩擦系数0.09、JKR表面能为0.1 J·m^-2,在该参数组合下的仿真试验结果与物理试验结果的相对误差为3.63%（P>0.05）,证明数据可靠。该研究结果表明,餐厨垃圾有机肥离散元模型和标定后得到的参数具有可靠性,可为黑水虻生物转化餐厨垃圾有机肥在机械收集、输送、分离等方面的离散元研究提供参考。     

餐厨浆液沼渣与黑水虻虫粪共堆肥效能研究

为研究餐厨有机浆液厌氧沼渣与黑水虻虫粪共堆肥的效果,本研究设计5组混合比（沼渣∶虫粪）：T1（4∶0）、T2（3∶1）、T3（1∶1）、T4（1∶3）和T5（0∶4）,进行了为期30 d的堆肥实验。结果表明：与T1相比,T2、T3、T4和T5的硝态氮含量分别提高了72.63%、77.93%、88.69%和85.99%。T2处理组堆料具有最高的有机质降解率（13.80%）,堆肥产品具有较高的腐殖质含量（107.55 g·kg^-1）、胡敏酸含量（79.20 g·kg^-1）和胡富比（2.79）。堆肥30 d后,各处理组种子发芽指数均超过80%,其中T1~T4处理组超过100%。随着虫粪比例的增加,堆料电导率显著升高（P<0.05）。研究表明,添加虫粪可加强固氮作用、提高堆肥产品肥效,同时共堆肥可提高有机质降解率、强化腐殖化进程,但是过量虫粪会增加堆料盐度,对植物生长有一定影响,综合效果显示,沼渣和虫粪配比为3∶1时堆肥效果最佳。     

叶片式抛送装置功耗试验研究与参数优化

为了提高全秸秆覆盖地免耕播种机作业质量,降低抛送装置的抛送功耗,采用Box-Benhnken中心组合试验方法对抛送装置的工作参数进行试验研究,以叶轮转速、物料含水率、叶片倾角等影响作业质量的3个因素进行三因素三水平响应面试验,建立响应面数学模型,分析各影响因素对作业质量的影响,同时,对影响因素进行综合优化。试验结果表明:各因素影响抛送功耗的显著顺序依次为叶轮转速、物料含水率、叶片倾角;最优工作参数组合为:叶轮转速1 600r/min、物料含水率63%、叶片倾角后倾9°,对应的比功耗919.89m~2/s~2,且各性能指标与理论优化值的相对误差均5%。研究结果可为抛送装置的结构完善设计和作业参数优化提供依据。     

大豆凸轮排种器的设计与优化

垂直圆盘窝眼轮式排种器是目前我国广泛使用的一种机械式排种器,但其存在伤种和投种精确度差等问题,为了提高窝眼轮式排种器的投种精确度,设计了1种凸轮推杆结构的窝眼式排种器,对其主要部件进行研究设计和理论计算,利用离散元软件EDEM对排种器进行仿真试验,并利用Design-Expert软件设计BBD(Box-Behnken design)响应曲面试验,进行优化求解,得到排种器的最优参数为型孔直径9.5 mm,深度6.8 mm;台架验证试验表明,排种器在小于8 km/h的速度下,可以满足精密播种要求。     

油菜钵苗移栽机成穴器参数优化与试验

为了降低成穴作业过程中的功耗和减少孔穴成型过程中的穴内回土量,开展了油菜钵苗移栽机成穴器的参数优化研究。对成穴器的运动轨迹及受力进行分析,确定影响成型孔穴外形尺寸及成穴作业功耗的因素,选取成穴器底端尺寸、入土角度和入土深度为影响因素,通过单因素试验及多因素试验进行参数范围选取及多目标优化仿真试验,建立成穴器入土阻力和穴内截面回土率的数学模型,得到成穴器各参数对成穴作业质量的影响规律及最优参数组合。仿真试验结果表明：影响入土阻力的因素主次顺序为入土深度、入土角度、底端尺寸,影响穴内截面回土率的因素主次顺序为入土角度、入土深度、底端尺寸;成穴器的最优参数组合为底端尺寸39 mm、入土角度20.5°、入土深度60 mm。利用成穴装置试验台对成穴作业效果进行验证,结果显示孔穴穴口直径、有效深度、入土阻力、穴内截面回土率的土槽试验结果与仿真值的相对误差分别为7.7%、3.7%、4.5%、8.3%,所成孔穴满足钵苗移栽要求,验证了所建模型和优化参数的准确性。     

螺旋带状整地装置功耗分析与试验研究

螺旋带状整地装置可解决传统全幅旋耕整地能耗高、土壤扰动大等问题,为探明螺旋带状整地装置工作参数对作业功耗影响规律,基于土壤强度破坏机理,建立螺旋带状整地装置切土、抛土功耗模型,得到螺旋带状整地装置作业功耗与结构参数、工作参数、土壤物理及力学性质函数关系.依据东北土壤物理和力学性质建立土壤离散元仿真模型,运用EDEM仿真试验,以入土角度、作业速度、螺旋叶片转速为试验因素,以作业功耗为试验指标,作二次正交旋转试验,得到影响螺旋带状整地装置作业功耗因素顺序为作业速度>螺旋叶片转速>入土角度;利用土槽试验台测定螺旋带状整地装置不同工况下作业功耗,并与离散元仿真值作对比,得出仿真值与实测值相对误差均值为8.34％,说明该离散元仿真模型可较准确反映螺旋带状带状整地装置作业功耗.研究可为螺旋带状整地装置结构优化、动力合理配套和功耗特性研究等提供参考.     

双向螺旋送肥离心锥盘式排肥装置的设计与试验

针对现有水稻排肥器结构复杂、排肥性能不佳的问题,设计了一种集排式双向螺旋送肥离心锥盘式排肥装置.该装置主要由肥料箱、双向螺旋、离心锥盘式排肥装置等部件组成.工作时肥料箱中的肥料由双向螺旋输送至离心锥盘式排肥装置中,在离心锥盘离心力作用下均匀分散并沿锥盘内壁上升至排肥口处排出.确定了排肥装置的关键结构参数:双向螺旋外径1...     

滚筒式茶叶提香机结构参数优化

针对滚筒式茶叶提香机烘焙过程中碎茶率过高、影响烘焙质量的问题,基于离散元法理论,对其关键结构参数进行优化设计。利用SolidWorks 2014软件建立滚筒式茶叶提香机的三维几何模型,通过EDEM 2018软件对茶叶烘焙过程进行数值模拟,研究不同滚筒转速和滚筒倾角下茶叶颗粒的运动变化规律,并分析其对茶叶烘焙效果的影响。以六安瓜片为试验材料,采用二次正交旋转组合试验,进行滚筒式茶叶提香机烘焙试验。结果表明:影响滚筒式茶叶提香机烘焙效果的结构参数包括滚筒转速和滚筒倾角。优化的结构参数为滚筒转速33 r·min^-1、滚筒倾角3.7°。在此条件下,碎茶率为6.7%,感官审评得分为90.6,茶叶具有良好的烘焙品质。     

耙齿式残膜回收机收膜机构参数优化与试验

针对耙齿式残膜回收机收膜率低下及漏膜严重的问题,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对残膜回收机收膜机构的工作参数进行试验研究,以耙齿曲率半径、耙齿入土角度、耙齿间距为影响因素,以拾膜率、漏膜率为试验指标进行3因素3水平的响应面试验。建立响应面数学模型,分析各影响因素对作业质量的影响,同时对影响因素进行综合优化。试验结果表明:拾膜率影响显著顺序依次为耙齿曲率半径、耙齿入土角度、耙齿间距;漏膜率影响显著顺序依次为耙齿入土角度、耙齿间距、耙齿曲率半径;最优工作参数组合为,耙齿曲率半径195mm、耙齿入土角度60°、耙齿间距110mm,对应的收膜率和漏膜率分别为94.7%、0.75%,且各性能指标和理论优化值相对误差均小于5%。研究结果可为耙齿式残膜回收机收膜机构的结构完善设计和作业参数优化提供依据。     

苹果管道输送装置参数优化与试验

针对果农采摘果树高层苹果效率低的问题,设计了一种辅助人工采摘的管道输送装置。为优化该装置的输送参数,建立了撞击力测试试验台,并以‘富士’苹果为研究对象,分析果径为80～90 mm的苹果从3 m高度沿管道输送至果箱处的撞击力及受到的机械损伤。以管道内衬种类、内衬厚度、防撞垫厚度为试验因素,以苹果落入果箱时的撞击力及损伤体积为指标,在单因素试验的基础上进行响应面试验。单因素试验结果表明,珍珠棉内衬材料对苹果的保护作用相对较好,撞击力与损伤体积均分别随内衬厚度和防撞垫厚度的增加呈逐渐减小的趋势。响应面试验结果表明,内衬种类为珍珠棉,内衬厚度为10 mm,防撞垫厚度为8 mm是最优输送参数组合,在该条件下,苹果落入果箱时的撞击力为4.99～5.47 N,损伤体积为275.02～300.52 mm³。经过试验验证,苹果的撞击力与损伤体积的误差均在5%以内,说明管道输送参数优化结果可靠。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送装置参数试验优化

针对农业纤维物料螺旋输送装置输送功耗大、效率低的问题,以比能产量和功耗为输送性能的评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,并以比能产量最大,功耗最小为优化目标,对影响螺旋输送性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,当螺距为300～355mm,螺旋轴转速100～140r/min、喂入量30～70kg/min时,螺旋输送装置能满足较高效率较低能耗输送要求;各因素对比能产量影响的主次顺序为:喂入量、螺距、螺旋轴转速;影响功耗的主次顺序为:喂入量、螺旋轴转速、螺距;螺旋输送装置优化参数组合为:螺距325mm,螺旋轴转速100r/min,喂入量30kg/min。优化后螺旋输送装置的比能产量为0.084 6kg/W,较优化前提高了4.96%,功耗为439.781W,较优化前降低了2.44%。     

导苗管式三七种苗栽植机构参数优化试验

为实现三七种苗的定向移栽,设计了一种导苗管式三七种苗栽植机构,对导苗管式三七种苗栽植机构作业时的定向过程、导苗过程机理进行了分析,确定了影响种苗栽植的主要因素;采用EDEM软件进行了定向过程的单因素仿真试验,根据仿真试验结果搭建了定向台架,进行了定向机构定向性能的正交试验,确定了定向机构优化后的工作参数组合.选取机组前...     

基于Plackett-Burman试验设计与响应面法优化玉米秸秆离散元模型

为了减小免耕播种机防堵装置数值模拟的误差,结合物理试验与仿真试验进行玉米秸秆离散元参数的标定。基于Hertz-Mindlin with bonding 接触模型建立了玉米秸秆离散元模型,以物理试验与仿真试验中临界载荷的相对误差为试验指标进行仿真单轴压缩试验;采用Plackett-Burman试验筛选出具有显著性影响的试验因素;采用Box-Behnken响应面法对玉米秸秆离散元模型进行优化。试验结果表明:接触半径和单位面积切向刚度对试验指标影响极显著(P<0.01),单位面积法向刚度对试验指标影响显著(0.01<P<0.05);玉米秸秆的最优离散元参数为,接触半径1.2 mm、单位面积法向刚度9.361×10⁷ N/m³、单位面积切向刚度9.845×10⁷ N/m³,在此条件下,仿真压缩试验的临界载荷为950.2 N,与物理试验值935.4 N的相对误差为1.58%,验证了参数的可靠性。标定的玉米秸秆离散元模型可用于免耕播种机防堵装置的数值模拟,为防堵装置结构优化改进提供了依据。