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。     

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...     

基于鸡粪养殖的黑水虻幼虫复合滚筒筛参数研究

【目的】解决鸡粪养殖黑水虻虫沙结块分离难、黑水虻幼虫损失率高及分离设备筛分效率低的问题,探究筛分参数对黑水虻幼虫复合滚筒筛筛分效果的影响。【方法】在借助离散元软件构建滚筒筛物料颗粒筛分过程仿真模型的基础上,以外层滚筒转速、抄板高度、内层滚筒转速和滚筒倾角为试验因素,进行了4因素3水平正交试验,分析得到筛分效率和黑水虻幼虫损失率的最优筛分参数组合。【结果】当外层滚筒转速36 r·min^-1,抄板高度20 mm,内层滚筒转速-45 r·min^-1,滚筒倾角8°时,滚筒筛性能最优,筛分效率为95.32%,损失率为4.85%;在最优筛分参数组合条件下,样机试验结果与仿真试验结果相对误差分别为4.19%和0.55%,仿真试验与样机试验结果吻合度较好。【结论】解决了黑水虻幼虫分离设备现存问题,获得了滚筒筛分的最佳筛分参数,为黑水虻幼虫筛分设备相关研究提供参考。     

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%。     

车载便携式农家肥捡拾装置设计与试验研究

针对农村畜禽养殖造成的环境污染问题,设计一种可快速拆装车载式农家肥捡拾装置,对其核心部件集送搅龙作机理分析与参数优化。通过分析装置使用环境特点及技术要求,综合物料受力及运动分析确定基础参数及结构,使用CATIA(Computer aided three-dimensional interactive application)作三维模型及数字样机构建;以搅龙螺旋直径、收集搅龙螺距以及搅龙主轴转速为变量,输送量与功耗为响应指标,作二次正交旋转组合EDEM(Engineering discrete element method)虚拟仿真试验。针对5 t·h~(-1)设计指标,理论分析与仿真获得搅龙参数组合为:搅龙螺旋直径200 mm、提升搅龙螺距160 mm、收集搅龙螺距120 mm、搅龙主轴转速107 r·min~(-1),功耗1.118k W。样机试验结果表明,分段式集送搅龙总体技术方案以及快速拆装形式可满足农家肥捡拾需求,具有良好使用环境适应性,研究为搅龙机构拓展应用提供借鉴与参考。     

秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min~(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h~(-1),开沟装置转速为270r·min~(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。     

滚筒栅条式红枣分级装置优化设计与试验

采用2因素3水平正交试验对传统的滚筒栅条式红枣分级装置进行了优化设计及试验,研究了不同螺旋螺距和滚筒转速对红枣混级率和生产效率的影响.结果表明:内螺旋螺距对分级装置的影响较大,优化后的内螺旋螺距为60mm,滚筒转速为32r/min.     

基于离散元法的螺旋进料器物料流动特性分析

针对附属于给定机型颗粒成型机上的螺旋进料器,对玉米秸秆粉料在进料器内的流动特性进行了模拟分析。利用离散元分析软件EDEM,创建了螺旋进料器部件的几何模型,并对玉米秸秆粉料颗粒接触模型和颗粒生成方法进行了研究,通过离散元模拟获得了现有工况下螺旋进料器工作时的粉料流动状态。采用HERTZ-MINDLIN无滑移接触模型,取重力加速度为9.81m·s~(-2),设置接触参数并生成了秸秆颗粒25000个进行仿真模拟。结果表明:在T=13.80~14.30s阶段为一典型的出料波动周期。出料过程中粉料呈浪涌流动状态的不连续脉动流;进一步分别针对颗粒密度、粒径大小、壁面摩擦因数、螺距、螺旋叶片内径参数进行了流态和速度的影响因素分析。颗粒密度分别取40,80,120kg·m~(-3)时,出料所需时间分别为21.37,17.68,15.01s;粒径分别取为2,1.8,1.6mm时,出料所需时间分别为17.68,18.06,19.37s;壁面静摩擦因数分别取为0.58,0.48,0.38时,出料所需时间分别为17.68,16.03,15.84s;螺旋叶片内径分别取为50,60,70mm时,在整个模拟时长20s内出料的平均流量分别为16.73,12.61,8.96g·s~(-1)。其中颗粒密度越大,粒径越大,则出料速度越快,但对粉料流态无明显影响;壁面摩擦因数越小、螺距越大、螺旋叶片内径越小,则出料口流速越快,流场分布越宽,落料范围越大,流态越剧烈。本研究可为适用于生物质颗粒成型机的螺旋进料器的设计和改进提供参考。     

螺旋式输送装置参数优化研究

为了提高农业纤维物料螺旋式输送装置的输送性能,降低输送功耗,提高生产率,利用MATLAB软件对比功耗数学模型进行单变量优化分析,并结合试验验证了理论分析的一致性。试验结果表明:螺旋式输送装置输送性能最佳的取值范围是:喂入量30～70 kg/min、螺距300～355 mm、螺旋轴转速97～137 r/min。以比功耗作为输送性能评价指标,采用3因素3水平的Box-Benhnken响应面分析法进行参数优化试验,得到了影响比功耗各因素的主次顺序:喂入量、螺距、螺旋轴转速。以比功耗最小为优化目标,利用Design-expert的优化模块对试验结果进行分析,确定出各因素对指标影响的最佳参数组合:螺距335 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量30 kg/min,输送性能优化后比优化前提高了8%,上述成果满足预期设计目标,可为螺旋式输送装置的参数优化和结构改进提供一定的参考和指导。     

秸秆纤维制取机配套强制喂料装置的优化设计及试验

为辅助秸秆纤维制取机高效制取秸秆粗纤维,解决喂料过程中因人工劳动强度大、喂料不连续造成粗纤维加工质量下降等问题,设计竖直向下螺旋强制喂料装置。在喂料装置结构及工作原理分析基础上,以秸秆长度、螺旋轴转速和秸秆含水率为试验因素,以输送量为评价指标,采用3因素5水平二次正交旋转中心组合方法实施试验。结果表明,(1)各因素对大豆秸秆输送量贡献率主次关系为:秸秆长度、螺旋轴转速、秸秆含水率;(2)当参数组合为秸秆长度60~120 mm、螺旋轴转速160 r·min-1、秸秆含水率78%~90%时,满足纤维制取机1 000 kg·h~(-1)喂入量要求。研究为D200型桔杆纤维制取机高效生产优质纤维奠定基础。     

有机肥立式撒肥装置抛撒机理分析与试验

针对目前有机肥撒肥机存在撒肥幅宽小、破碎效果差等问题,建立有机肥团粒在立式撒肥装置及空气中的运动学模型,分析撒肥距离和撒肥幅宽,确定影响抛撒性能主要因素.以破碎率和撒肥幅宽为试验指标,通过离散元仿真分析确定最佳螺旋片螺距,以抛撒轴转速、装置离地高度、撒肥盘倾角为试验因素作正交试验.运用极差分析法和方差分析法分析试验结果,得出因素组合优水平后试验验证.结果表明,当抛撒轴转速为400r·min1,装置离地高度为1 000mm,撒肥盘倾角为20.时,破碎率为91.8％,撒肥幅宽为9.2m,满足有机肥撒肥机田间作业要求,可为有机肥撒肥机理论研究提供参考.     

玉米脱粒过程台架试验与离散元仿真分析

采用离散元法从微观角度剖析玉米子粒在脱粒过程中运动状态,建立切流-横轴流玉米脱粒装置离散元分析模型,利用EDEM软件仿真柱齿-板齿横轴流滚筒对玉米子粒在脱粒装置中轴向质量分布的影响,并将台架试验结果与仿真试验结果进行t检验分析。结果表明,两者相关系数为0. 491,修正后相关系数为0. 865,两者在轴向质量分布变化趋势一致,且没有显著差异,验证了离散元仿真玉米脱粒过程的可靠性和有效性。分析了单个玉米子粒物料在脱粒滚筒运动过程中在X、Y、Z 3个方向距离和受力变化。分析结果表明,子粒在X方向的最大瞬时速度为9. 964 m·s~(-1)和-11. 947 m·s~(-1),在Y方向的最大瞬时速度为13. 051 m·s~(-1)和-6. 104m·s~(-1),在X正向上最大受力为18. 7 N,在Y负向上最大受力为92. 5 N,Z轴在正、负方向上都有受力,最大正向受力为22. 0 N,说明柱齿-板齿滚筒在脱粒过程中可以在X、Y正负向都提供打击力,并在Z向推动玉米子粒前进,由于挡板作用,子粒在B区运动受到阻碍,有利于玉米完全脱粒及快速排出避免破碎。     

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。     

农家肥撒施机螺旋式撒肥器抛撒性能的试验研究

农家肥撒施机是农家肥施肥机械化作业的重要机具。文中以螺旋式撒肥器为对象,采用试验优化设计的方法,研究了撒肥器的转速、螺旋的螺距和肥料的输送速度对抛撒性能的影响。结果表明:转速为375~400 r/min、螺距340 mm、输送速度12 mm/s能使有效幅宽满足设计要求,不均匀度较小。     

基于离散元法的螺旋式排肥器性能模拟试验

为提高螺旋式排肥器对颗粒肥料的排肥稳定性与均匀性,采用离散元仿真软件EDEM对排肥器结构参数进行数值模拟并进行仿真试验,分析螺旋叶片直径、螺距和排肥轴转速对排肥器排肥性能的影响,获得排肥器工作参数与排肥量和排肥稳定性变异系数的回归数学模型。仿真试验结果表明:影响螺旋式排肥器排肥量的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,排肥量最大为221.2 g/s,最小为54.76 g/s;影响排肥稳定性变异系数的因素主次依次为排肥轴转速、螺距、螺旋叶片直径,通过Design–Expert 8.0进行参数优化,确定排肥器最优参数组合,即螺旋叶片直径100 mm、螺距60 mm、排肥轴转速15 r/min,此时排肥稳定性变异系数达到最小值,为8.48%,排肥器排肥性能较为稳定均匀。     

秸秆直注深埋还田机设计与试验

秸秆还田作为农作物秸秆的有效利用方式之一,能培肥地力,蓄水保墒。为了改善东北地区耕层变浅、犁底层上移、玉米秸秆产量大、后续处理困难等问题,设计了一种秸秆直注深埋还田机。该机由秸秆粉碎装置,输送装置、开沟装置和覆土装置组成,能一次性完成秸秆捡拾、输送和深埋等作业内容,可将地表秸秆埋至地下300mm土层中,满足打破犁底层,构建合理耕层,提高秸秆利用率的要求。该机输送装置中部安装卸料室,实现秸秆从两侧向中间聚拢并向下运动的效果。通过对输送装置分析得知,螺旋叶片设计直径315mm,螺距315mm,当螺旋轴转速为350～450r·min-1时,卸料效果良好。参考双翼铧式开沟器作业后的土壤截面设计了柳叶形直注铲,该铲底端秸秆出口设计成流线型柳叶状,铲横截面形状为椭圆形。通过分析计算得出直注铲设计高400mm、铲宽320mm、圆心角θ=60°时,铲横截面积为9.92×104mm2,满足卸料要求,同时能达到开沟破土并回填部分土壤的作业效果。以拖拉机前进速度、秸秆覆盖量和输送装置转速为因素,以秸秆还田率为指标,设计了正交试验。结果表明:拖拉机前进速度和输送装置转速对还田率影响显著,当前进速度为5km·h-1,输送装置转速为450r·min-1时,还田率为90.5%。该试验结果表明了机具作业性能符合设计要求,卸料室和直注铲的设计为秸秆还田机输送装置和开沟装置的优化设计提供理论和实践参考。     

玉米秸秆垄沟条带混埋还田机的设计与试验

为了满足东北地区旱地合理耕层构建技术的要求,改善土壤耕层结构,实现秸秆混埋还田,研制了一种玉米秸秆条带混埋还田机。该机具主要由限深破茬装置、弹齿清垄装置、深松装置、混拌装置、镇压装置等组成,可以同时在三个垄沟内将地表上的秸秆混埋于15～20cm深度的土壤中,同时完成清垄、深松、镇压等多项作业,适合东北棕壤土区旱地合理耕层的构建技术要求。通过对弹齿清垄装置的运动轨迹分析得出,当机具前进速度范围在1.1～1.6m·s~(-1)时,弹齿清垄器的弹齿端部的绝对速度为1.73～2.51m·s~(-1),弹齿的拨草范围角为46°。通过对混拌装置的运动轨迹分析得出,当机具前进速度为1.38m·s~(-1)时,混拌刀切土节距为4.6cm,单条混拌幅宽为350mm,混拌刀辊的转速为300r·min~(-1)。并根据切土节距和混拌耕深设计了一种C型混拌刀,通过分析计算得到了C型混拌刀的各项参数以及侧切刃的阿基米德螺线方程。利用二维软件CAXA和三维软件Solidworks对混拌刀进行参数设计和实体模型的建立,同时利用ANSYS Workbench对所设计的混拌刀进行静力学分析来验证混拌刀结构的合理性。通过Design-expert软件对田间试验数据分析得出各因素对田间秸秆混埋率的影响主次顺序为:混拌深度秸秆覆盖量机具前进速度。最佳试验条件:在机具前进速度为1.25m·s~(-1),混拌深度为17.5cm,田间秸秆覆盖量为0.93kg·m~(-2)的条件下,秸秆混拌率为94.6%。该试验结果验证了机具作业性能达到了设计要求,为条带秸秆还田机的改进设计提供理论和实践参考。     

鲜食玉米果穗收获机茎叶除杂装置设计

为解决鲜食玉米果穗收获中茎叶杂质较多问题,设计一种鲜食玉米茎叶除杂装置。确定关键部件主要结构和工作参数,阐述茎叶除杂装置总体结构及工作原理。通过分析果穗除杂装置清选除杂过程,确定影响其作业效果主要因素及其取值范围。以风机转速、动定刀重叠长度和物料输送速度为试验因素,以果穗含杂率和粉碎长度合格率为评价指标,得到不同条件下除杂装置结构参数与运动参数优化组合。结果表明,鲜食玉米茎叶除杂装置风机转速1 956～1 998 r·min~(-1)、动定刀重叠长度26.90～29.92 mm、物料输送速度0.59～0.83 m·s~(-1)时,相对应试验指标果穗含杂率为0.56%～0.59%、粉碎长度合格率为88.59%～89.27%,为鲜食玉米果穗收获机茎叶除杂装置设计生产提供理论指导。     

秸秆深埋还田机覆土装置的参数优化与试验

秸秆深埋还田机在田间作业过程中,覆土镇压的效果是检验机具覆土装置设计合理性的关键。由于东北地区棕壤土玉米种植过程中,连年的化肥施用与拖拉机等机组的田间作业,导致土壤犁底层上移、理化性质变差,影响农作物产量,秸秆的焚烧又会造成严重的污染,因此寻求合理的秸秆利用方式变得十分必要。为了改善机组在工作过程中阻力过大、覆土镇压效果差等问题。设计一种螺旋式覆土装置,探究其在机具覆土作业过程中的优缺点。结合覆土原理,通过对覆土装置运动过程中土壤颗粒的运动过程进行分析,通过理论计算和优化设计,确定了螺旋叶片的主要参数:螺旋轴直径为50mm,长度为1100mm,覆土宽度为1200mm,两螺旋叶片间距为500mm,螺距为250mm,最大螺旋升角为16°,螺旋线的圈数为2圈,两螺旋叶片对称布置。为确定机具的最佳工作参数,进行三因素五水平二次回归正交组合试验,试验选取机具的前进速度、覆土器转速、开沟深度为试验因素,覆土合格率为试验指标。通过对田间试验的数据分析,改进后机组的最佳工作性能参数组合为:机具前进速度2km·h-1、覆土器转速290r·min-1、开沟深度25cm。田间试验表明:覆土合格率为97.1%,满足秸秆深埋还田的技术要求和地方标准,可以为秸秆深埋还田机覆土装置的设计与优化提供理论参考。     

新型喷杆喷雾机伸展折叠机构设计与试验

针对目前我国植物保护机械中喷杆喷雾机在伸展折叠时采用较多液压油缸进行控制,喷杆两侧操作同步性不易保证、喷杆喷架稳定性较差及造价相对高等问题,设计了一种单油缸和拉线软轴组合机构来联合控制喷杆的伸展折叠,其主要组成机构为反向倍角旋转折叠机构和移动扩角机构。研究了反向倍角旋转折叠机构的工作原理和干涉现象,为减少喷杆总体质量对反向倍角旋转折叠机构进行优化设计;同时对移动扩角机构的工作原理进行研究,分析其运动过程;并建立拉线软轴安装位置的数学模型,采用向量法研究其运动规律;同时以安装位置(x,y,R)为试验因素,以平稳度为试验指标进行三因素四水平正交试验设计,求解拉线软轴安装的最优位置;并采用Solidworks三维软件建立喷杆机构的虚拟样机模型,采用motion运动仿真对喷杆的运动特性和力学特性进行详细分析。结果表明:拉线软轴安装的最优组合为x=300mm,y=-50mm,R=200mm,此时喷杆平稳度为0.19,运动平稳性最佳。同时虚拟仿真试验表明喷杆大臂和小臂的角速度变化范围均为6~13rad·s~(-1),且数值解一致;喷杆小臂和大臂初速度分别为585mm·s~(-1)及185mm·s~(-1),运动时喷杆小臂速度约为大臂速度的3倍且速度变化规律相同;喷杆小臂相对大臂角位移为-180°~0°成直线分布、马达力受力均匀、转矩弹簧力矩变化为1620N·mm~(-1)、机构能量守恒、运动平稳性最佳,验证了理论分析喷杆大小臂相对位移和向量法计算拉线软轴安装位置参数的正确性,表明机构设计的正确性。研究结果可为结构简单、总体质量小、控制方便的可折叠式大幅宽喷杆喷雾机的设计提供必要的参考。