大蒜切薹机的设计与试验研究

为了解决国内蒜薹的抽取以人工抽取为主、蒜薹抽取机械化程度低及大蒜蒜茎收获机抽取蒜薹易出现未能拔出或者将植株连根拔起现象等问题,设计了具有单体式仿形装置、可调节仿形高度、可调节切割器速度的大蒜蒜薹切除机。对单体仿形装置进行仿形原理分析和结构设计,采用三因素三水平的正交组合试验设计方法,探究滚筒切割器切割刀的数量、切割位置和定刀安装角度等因素对蒜薹切割的影响规律,对模型进行响应曲面分析并寻优。田间试验表明:滚筒切割器切割刀数量2把、切割位置为下端切割、定刀安装角度为-12°时,切薹合格率为92%,满足蒜薹切薹的工作要求。     

蒜薹机械化收获技术现状分析

蒜薹收获是大蒜生产的重要环节,收获时既要保证蒜薹质量又不能伤害植株影响其继续生长,实现机械化收获比较困难,蒜薹收获仍以人工为主,为研发能达到推广应用要求的蒜薹收获机,对蒜薹收获机械化技术现状进行分析。从大蒜的收获模式和蒜薹收获的方法对蒜薹、蒜头产量的影响出发,综合分析现有蒜薹收获机械的类型、关键部件和工作原理,通过现有蒜薹收获机械性能比较分析,针对现有蒜薹收获机械普遍存在对蒜薹假茎破坏、影响蒜头后期生长的问题,提出采用夹薹原理机械化收获蒜薹,蒜薹长且对假茎损伤小,蒜薹收获机械化应向智能化方向发展才能提高收获部件工作的准确性、减少对植株和蒜薹的损害乃至无损。为我国蒜薹收获机械进一步发展提供借鉴和参考,推动大蒜生产机械化的发展进程。     

蒜薹采收方式及植株叶片损伤程度对鳞茎均重的影响

为探究蒜薹不同采收方式及植株叶片损伤程度与鳞茎均重之间的关联机制,开展两年的大蒜田间试验研究。试验以"苍山白蒜"和"金乡紫皮蒜"两个大蒜品种为材料,研究不采薹、手工采薹、犁刀法采薹、剪花苞式采薹及不同植株叶片损伤程度等12种蒜薹采收方式对鳞茎均重的影响。试验数据均表明,以鳞茎均重为评价指标,各采收方式对评价指标均有不同程度的影响。剪花苞式处理组指标值最高,不采薹处理组指标值最低,且两组指标值差异显著;手工采薹与犁刀法采薹的指标值差异不显著。植株叶片损伤程度与指标值呈显著负线性相关关系。研究结果为优选蒜薹和鳞茎的组合采收方式提供依据,同时也为蒜薹采收机械的研究提供数据参考。     

短程高强度横向轴流脱粒装置参数优化

以微型小麦联合收获机采用的横向轴流脱粒装置为研究对象,在额定喂入量下,对其滚筒转速、凹板间隙、导向板升角、筛孔尺寸等参数进行了正交试验和回归试验,并通过DPS等软件对试验数据进行统计分析,得出试验范围内滚筒转速、凹板间隙、导向板升角、筛孔尺寸对凹板分离物中含长茎秆率、籽粒破碎率、夹带籽粒率、脱不净率等指标的影响规律,优化确定了该脱粒装置的最佳参数组合：筛孔尺寸为14mm、导向板升角为10°、凹板间隙为16mm、滚筒转速为660r/min,含长茎秆率、含杂率、夹带籽粒率、脱不净率、籽粒破碎率分别为3.1%、39.5%、0.6%、0.01%、0.01%。     

甘蔗收获机组合式扶起装置设计与试验

设计了一种由锥形螺旋滚筒和拨指链组成的组合式扶起装置,并在土槽中进行了试验研究。以扶起合格率为试验指标,对甘蔗倒伏状态、螺旋滚筒转速、甘蔗与滚筒中心距离和前进速度为因素进行正交试验。在得出优化组合后,再分别进行滚筒轴线与地面夹角、滚筒叶片螺距和滚筒转速等因素的单因素试验,以及滚筒转速和前进速度的双因素试验。通过高速摄影分析了扶起过程。试验结果表明,在最优参数组合下,组合式扶起装置对严重倒伏甘蔗的扶起合格率达到90%。     

弹齿滚筒式辣椒采摘装置性能的试验研究

针对弹齿滚筒式辣椒采摘装置采净率低、破损率高、损失率严重的问题,设计试验台并进行采摘装置性能的试验研究。以运行速度、齿间距离、滚筒转速作为试验影响因素,以采净率、破损率、损失率为指标,对试验结果进行极差分析和方差分析。结果表明:当运行速度为3m/s、齿间距离为45mm、滚筒转速为150r/min时,采摘装置采净率可高达95.29%,破损率降低为2.89%,损失率减少到6.47%。同时,针对采净率建立回归方程,为采摘机理研究和分析提供了必要的参数依据。     

鲜食大豆收获机弹齿滚筒式采摘装置设计与试验

针对鲜食大豆采收劳动强度大,人工采摘效率低,缺少相应收获机械装备等问题,结合鲜食大豆种植模式和采摘期植株物理特性,设计了一种弹齿滚筒式鲜食大豆采摘装置。阐述了弹齿滚筒采摘装置的工作原理,对采摘过程中的豆荚进行运动学分析,并对装置关键部件进行了参数设计和结构优化,确定了影响作业效果的因素。通过单因素预试验确定了关键参数的范围,以前进速度、滚筒转速、割台高度为试验因素,以掉落率、挂枝率、破损率为试验指标进行三因素五水平二次正交旋转中心组合试验,建立了试验因素与试验指标间的数学模型,并分析了各因素对试验指标的影响。对模型进行粒子群算法优化,预测最优参数组合为：前进速度0.43m/s、滚筒转速245r/min、割台高度4cm,对应的掉落率、挂枝率和破损率的预测值分别为10.6%、4.4%、5.6%。对最优参数组合进行田间验证试验,结果为掉落率11.8%,挂枝率4.0%,破损率6.1%,试验结果与理论预测值的相对误差均不高于10.1%。方差分析表明各评价指标的实际值和预测值之间不具有显著性差异。研究结果可为鲜食大豆采摘装置设计提供参考。     

喂入辊轴流滚筒组合式大豆种子脱粒机设计与试验

针对大豆种子机械脱粒损伤率高与脱净率低等问题,提出了对辊喂入预脱、轴流滚筒抓脱的组合式脱粒方案,进行了滚筒脱粒元件、喂入装置和传动系统等装置和部件的结构设计并设计了脱粒样机。滚筒脱粒元件由螺旋排列的钉齿、弓齿、板齿组成,与凹板筛构成组合式脱粒装置;喂入装置主要由双喂入辊组成;气力清选装置主要由振动筛和风机组成。以"辽豆10"为试验对象,通过正交试验分析,以下喂入辊转速、脱粒滚筒转速和凹板间隙为试验因素,脱净率和损伤率为试验指标,进行了优化试验研究。结果表明:下喂入辊转速为222 r/min、滚筒转速为500 r/min、脱粒间隙40 mm时,大豆脱粒综合指标最优,脱净率为98.4%,大豆损伤率为1.4%。     

基于免割收获双行谷物脱粒装置参数优化

研究了基于免割收获的双行谷物脱粒装置。通过室内试验,以脱粒总损失率、含杂率为性能指标,对滚筒转速、滚筒出口脱粒间隙和脱粒元件总高度3个因素进行回归试验。同时,通过分析处理试验结果得到因素在试验范围内对指标的影响规律,优化并确定脱粒装置的最佳参数组合为:滚筒转速795r/min、出口脱粒间隙2 2 mm(入口脱粒间隙2 8 mm)、脱粒元件总高4 0 mm。     

锥盘式大蒜破瓣装置的试验研究

针对市场现有的大蒜破瓣机械破瓣率低、破损率高等问题,依据物料碾搓法破壳原理设计了锥盘式大蒜破瓣装置。重点阐述了该装置的结构形式与工作原理,分析了大蒜在破瓣过程中的受力情况和主要影响因素。以大蒜的破瓣率与破损率为试验指标,进行了考虑交互作用的正交试验研究。结果表明:平盘的转速、喂入量、锥度盘与平盘的间隙、平盘转速和锥度盘与平盘间隙的交互作用,对锥盘式大蒜破瓣装置的破瓣率和破损率有显著影响。当平盘的转速为87.38r/min、喂入量为216g/s、锥度盘与平盘的间隙为26.58mm时,大蒜的破瓣率为95.3%,破损率为3.3%。     

大蒜联合收获机夹持输送机构的设计与分析

针对现有大蒜联合收获机夹持输送机构存在的生产效率低、可靠性差等问题,设计一种柔性夹持输送机构。根据机具性能要求和大蒜的生长环境特征,阐述了夹持输送的结构和工作原理,通过对大蒜在夹持输送过程中的力学特性分析,确定了结构参数和技术参数。所设计的柔性夹持输送机构倾斜角为25°,输送带为B型双联带,夹持高度距离地面162mm可调,生产效率为0.2~0.5hm^2/h。该研究对大蒜可靠输送、降低伤蒜率、减少大蒜输送损失、提高大蒜联合收获机整机性能具有重要意义。     

蔬菜自动移栽机对置秧盘交替自动取投苗机构研究

针对现有蔬菜自动移栽机茎秆夹持式和钵体顶出式取苗方式的缺点,基于顶出-夹取结合式取苗方式,设计了一种适用于对称布置可弯曲秧盘的交替式取投苗机构。阐述了该机构工作原理、关键点运动轨迹和结构组成。分析了关键因素对秧苗夹持点运动轨迹的影响方式并优选了取值：驱动曲柄转速10r/min,取投苗摇杆长度为 309mm,驱动气缸伸出速度25mm/s,0.8s内完成拔苗,伸出时刻为提前0.4s。该参数组合下秧苗夹持点在拔苗阶段最大横向位移9.6mm,累计横向位移0mm,理论提升高度44mm,满足取投苗作业理论要求。以苗龄45d的辣椒秧苗为作业对象,进行了栽植频率70~120株/(min·行)的取投苗性能试验,试验结果表明,该交替取投苗机构在栽植频率100株/(min·行)时可实现取苗成功率93%,投苗成功率95%,总体成功率88%,满足取投苗作业要求,验证了该取投苗机构的可行性。     

前置式皮带夹持输送棉秆起拔机设计与试验

为解决棉秆起拔机拔断率高、起拔后铺放散乱的问题,基于带夹原理设计了一种前置式皮带夹持输送棉秆起拔机。该机关键部件为起拔输送机构,作业时通过皮带将棉秆夹持拔出,随后将其输送至机具一侧,有序铺放到地面上。首先分析棉秆起拔过程中产生漏拔及拔断的原因,其次进行拔秆机理理论分析,确定影响拔秆效果的主要因素及其取值范围。在棉花高度为750mm、根部直径为10mm、棉秆含水率为25%~35%的试验地进行正交试验,进一步研究各影响因素对棉秆起拔效果的影响。试验结果表明,优化后的参数组合为机具前进速度2.27km/h、张紧量71.26mm、主动轮转速244.98r/min,此时棉秆拔断率为3.53%,棉秆漏拔率为5.09%。验证试验表明,在参数组合为机具前进速度2km/h、张紧量70mm、主动轮转速250r/min条件下,棉秆拔断率为3.67%,棉秆漏拔率为5.32%,与优化值相对误差均小于5%,证明样机设计合理,满足棉秆整株起拔的作业要求。     

轴流式花生捡拾收获机设计与试验

针对花生全喂入捡拾收获过程捡拾率低、荚果损失率高、生产率低等问题,基于花生生物学特点、荚柄脱离特性及荚果破损机理,设计了一种轴流式花生捡拾收获机。整机采用自走式底盘驱动,配套动力120 kW,主要由捡拾装置、输送装置、摘果装置、清选装置、底盘系统、集果装置等组成,可一次完成对田间条铺花生植株的捡拾、输送、果蔓脱离、果杂清选、提升集果等功能。在分析整机工作原理的基础上,进行了关键部件结构设计及参数确定,通过动量守恒原理和赫兹接触理论建立捡拾过程的碰撞模型和摘果装置关键参数方程,并对荚果破损和荚柄分离力学模型进行了定量分析,确定以弹齿转速、摘果滚筒转速、机具前进速度为主要影响因素,并针对“开农61”品种花生进行试验研究。结果表明,最优参数组合为弹齿转速68 r/min、摘果滚筒转速447 r/min、机具前进速度1.4 m/s,对应的捡拾率为98.62%、荚果损失率为2.11%、生产率为0.61 hm^2/h,捡拾率、生产率比优化前分别提高了2.1、4.5个百分点,荚果损失率比优化前降低了0.9个百分点,综合性能明显提高。     

苎麻自动剥麻机的设计与试验

针对现有苎麻剥麻机操作强度高、工作安全性差、作业工效低,特别是多滚筒直喂剥麻机存在苎麻梢部和基部末端麻骨剥离不干净、剥麻滚筒易缠绕等问题,提出了集压、刮、打、夹和梳等多道剥麻工序于一体的苎麻自动剥麻机技术方案,并对苎麻自动剥麻机进行了设计与试验。该机不需人工反拉剥麻,可实现连续剥麻,解决了苎麻尾端剥麻不干净、剥麻滚筒缠绕、杂质含量高等问题。整机原麻生产率58 kg/h,鲜茎出麻率6.3%,原麻含杂率1.32%,达到二等苎麻纤维标准,可加工的苎麻茎秆长度≥800 mm（去叶）。      

蔬菜自动移栽机顶夹拔组合式取苗装置试验研究

针对插拔式取苗机构单靠取苗爪插入钵体夹取苗时,因受钵体与穴盘之间粘附力和盘根性不佳双重影响,造成取苗成功率低、钵体破碎率高的问题,提出了一种顶夹拔组合式取苗技术,阐述了取苗装置结构和工作原理,开展了顶夹拔组合式取苗试验研究。首先以72孔和128孔黄瓜穴盘苗为试验对象,通过顶压脱盘粘附力试验,测试了不同顶苗速度（10、20、30、40mm/s）下黄瓜苗的脱盘粘附力以及顶压脱离位移,试验结果表明：顶苗速度对于苗钵粘附力及脱离位移影响不大,粘附力与苗钵脱离位移呈正相关,两种规格穴盘苗顶苗脱离位移平均值分布在5.5~6.9mm之间,综合考虑苗盘落水孔直径和顶压脱盘粘附力试验结果,确定顶杆直径为6mm,顶杆顶苗位移需大于5mm。其次以生长周期为25d的72孔黄瓜穴盘苗为试验对象,开展了先顶后取、边顶边取、先插后顶3种取苗模式试验,结果表明：先顶后取模式下取苗成功率和钵体完整率最高。最后以顶杆顶入位移、取苗爪插入苗钵取苗深度及插入取苗速度为试验因素,开展了三因素三水平正交试验,通过极差分析和方差分析得出顶夹拔取苗装置的最优工作参数组合为：顶入位移为15mm、插入苗钵深度为35mm,插入取苗速度为225mm/s,此组合下取苗成功率94.12%,苗钵完整率94.12%,满足了自动取苗高质量要求。     

高酸苹果振动式采摘机设计与试验

为解决高酸苹果收获过程中的效率低、果实摘净率低、损伤率高等问题,根据我国青岛地区高酸苹果实际收获需要,设计了一种液压控制的高酸苹果振动式采摘机。基于振动式采摘机工作原理,完成振动采摘装置、激振装置、液压控制系统的结构设计,计算分析夹持钳对树干的夹持力为7 254 N,夹持钳夹持高度范围为12～103 cm。建立高酸苹果果实-树枝单摆动力学模型,分析果实脱落条件,得到果实振动微分方程,确定振动频率、振幅、夹持高度为采摘效果主要影响因素;利用ANSYS软件对果树模型进行自由模态响应与谐响应仿真分析,结果表明：振动频率9～12 Hz、振幅1～2 cm、夹持高度40～70 cm时,三级、最次级树枝位移最明显。为确定采摘机最优工作参数,进行三因素三水平组合田间试验,得到果实摘净率、果实损伤率的回归模型,利用Design-Expert软件对试验数据和回归模型响应曲面进行分析优化,当振动频率为10.0 Hz、振幅为1.6 cm、夹持高度为58.7 cm时,果实摘净率为95.9%、果实损伤率为1.3%,满足高酸苹果采收的质量要求。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。