基于压痕加载曲线的谷物籽粒硬度性能测定技

使用500N微机控制材料试验机,利用压痕加载曲线,进行了用针尖压入法测定谷物籽粒硬度的试验研究,测得豌豆、蚕豆、大米、绿豆、小麦、扁豆以及玉米在不同组成部位、不同含水率时的硬度值在2～75MPa范围内.研究表明,试验加载速度在0.25～2.00mm/s范围内、针尖压入深度在0.25～1.50mm范围内时对试验结果无明显影响,而针尖锥度与籽粒硬度存在定量关系.     

玉米种子脱粒清选装置的研究

种子清选装置作为谷物脱粒机的重要工作部件，其种子清选性能直接影响整机工作效率及后续谷物存储、运输、销售及播种作业环节。以玉米种子清选为研究对象，基于国内外种子清选装置的发展现状，设计一种气流清选装置，利用Design-Expert数据分析软件建立影响因素与评价指标间的回归模型，选取曲柄半径、曲柄转速和风机转速为试验因素，以玉米种子清选损失率为评价指标开展正交试验，明确最优工作参数。研究结果表明，玉米种子脱粒机最佳工作参数组合为：曲柄半径为10 mm,曲柄转速为300 r/min,风机转速为2 000 r/min。     

旋耕灭茬刀片65Mn材料的热处理参数的优化

对旋耕灭茬刀片的材料65Mn弹簧钢进行不同热处理参数下的热处理试验,得到65Mn材料在不同的淬火加热温度、不同的淬火加热时间、不同的回火温度条件下的硬度值,用曲面图描绘出各因素对材料硬度的影响关系。应用二次回归正交旋转组合设计的试验方法,建立热处理工艺参数与硬度的多元回归模型,确定材料具有最大硬度时的最优热处理工艺参数,通过曲面图分析了热处理工艺参数与材料硬度的关系,为土壤耕具的可靠性研究提供了试验基础。     

整列定位夹切组合式马铃薯种薯切块装置设计与试验

针对目前马铃薯种薯切块机存在切种质量差和自动化程度低等问题,基于切种农艺与农机相融合的设计思想,设计了一种马铃薯种薯自动切块装置。通过整列定位输送机构完成种薯排列输送定位,经夹持取料机构和切刀机构组合作用下完成种薯切块过程,整机由PLC控制切块动作工序,实现了切种流程的自动化。结合典型种薯几何尺寸参数,完成马铃薯种薯切块装置的关键结构设计,对种薯切块作业过程进行理论分析,明晰影响种薯切块效果的主要因素和各因素的取值范围。以切种合格率、切种盲眼率为评价指标,以圆台辊组中心距、链条输送速度、V形刀具夹角为试验因素,进行三因素三水平响应面试验,通过Design-Expert 12.0.3软件对试验结果进行方差分析和交互作用分析,利用软件优化模块确定试验最优参数组合。在最优参数组合条件下进行种薯切块试验验证,验证结果表明：当圆台辊组中心距为101.60 mm、链条输送速度为0.019 m/s、V形刀具夹角为49.50°时,切种合格率为97.56%,切种盲眼率为1.27%,与优化值相对误差小于5%,表明优化后最优参数组合可靠性高,可以满足种薯切块要求。     

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。     

基于电容检测技术的蒜种鳞芽扶正装置设计与试验

针对传统机械方式鳞芽扶正率低、可靠性差等问题，提出了一种基于电容检测技术的蒜种鳞芽定向方法，搭建了相应的鳞芽检测与扶正装置，并对其结构和运行参数进行了优化。基于ANSYS电场分析验证了方法的可行性，基于EDEM仿真平台进行了接播装置结构的优化。结果表明，当接播装置底面夹角、短轴半径、长轴半径分别为80°、22.99 mm和27.79 mm时，装置性能最优，理论直立率为96.6%,物理试验验证了优化结果的可靠性。以极板参数为试验因素，以信噪比为试验指标，开展极板尺寸优化试验。结果表明，极板参数为45 mm×8 mm×0.10 mm时，装置性能最优。以金乡、苍山蒜种为试验对象，开展样机试验，正芽率为95.0%,满足大蒜播种要求。     

基于EDEM离散元法的分层施肥靴仿真与试验

为了提高肥料的利用率,降低化肥的使用量,保护生态环境,基于种肥同行技术设计了一种分层施肥靴。采用EDEM离散元法对理论计算的分层施肥靴结构参数及其自身运动条件进行分析,并以圆杆直径、圆杆数量、施肥靴行进速度作为影响因子,进行三因素三水平的正交试验,通过响应面回归法得出施肥作业的最优参数组合,最后由田间试验验证仿真分析结果。试验结果表明:各因素影响程度主次顺序依次为圆杆数量、施肥靴行进速度、圆杆直径;得到最优参数组合为圆杆数量6根,圆杆直径4mm,分层施肥靴行进速度6km/h;仿真值与试验值的相对误差为4.342%。证明利用离散元仿真试验对分层施肥靴结构参数进行优化具有可行性。     

基于神经网络的甘蔗收获机剥叶元件性能研究

综合采用正交试验与神经网络方法对甘蔗收获机剥叶元件的性能进行了分析优化。通过正交试验初步确定各因素水平的较优值,根据正交试验条件与结果对BP神经网络进行训练,在此基础上拓宽各因素水平的取值,利用神经网络的非线性映射能力对各因素进行仿真分析,从而确定最优组合为2号材料、螺旋角10°、3排、交错深度6mm、前角0°。     

基于MATLAB软件下起茬部件的试验分析

为解决玉米生长过程中呈伞型的气生根与次生根将地膜紧密包裹、分层生长造成根茬地膜回收困难的问题,本项目组人员于2015年8月在新疆塔城市喀拉哈巴克乡先锋村开展玉米根茬起茬试验,提出采用圆盘式切膜起茬部件,探究圆盘的入土深度、前进速度和立柱间距的主导因素对起出玉米根茬的影响。基于MATLAB软件下,通过三因素三水平起茬的试验分析,得出在入土深度150mm、前进速度1.12m/s、立柱间距120mm为最佳起茬因素组合,有效起茬率最高。研究了圆盘式切膜起茬的原理,通过测试分析研究了影响起茬性能的关键因素,得到相关参数的最优组合,为玉米起茬与地膜回收机的研发提供一定的理论基础。     

青贮玉米收获机碟盘式籽粒破碎装置仿真优化与试验

针对青贮玉米收获机玉米籽粒破碎效果差、破碎率低、影响青贮秸秆发酵与籽粒养分转化的问题,设计了适合青贮玉米籽粒破碎的碟盘式青贮玉米籽粒破碎试验台,对关键部件刀盘进行了参数化设计,基于DEM法对籽粒破碎过程进行了运动和力学分析,首先建立基于离散元法的玉米籽粒粘结颗粒模型;利用EDEM离散元仿真软件开展正交仿真试验优化,选取刀齿数、刀刃深度、破碎间隙和刀辊转速作为仿真试验因素,籽粒破碎率为试验考察指标,确定了最优组合参数,即刀齿数48、刀刃深度5mm、破碎间隙2mm、刀辊转速59r/s,在该条件下籽粒破碎率为90.35%,仿真试验与台架试验相对误差为3.36%;台架试验结束后,采用宾州筛对其筛分,物料可分为小型、标准、大型和未完全破碎型4种,占比分别为1.3∶6∶1.8∶0.9,与仿真试验结果一致。台架试验各指标满足行业标准,实现了对玉米籽粒的高破碎和高作业效率。     

无过载旋流泵正交设计数值模拟与试验

用正交设计法对旋流泵叶轮参数进行优化设计,设计了一个五因素二水平的正交方案,研究各几何参数对旋流泵性能的影响。采用雷诺平均数值模拟方法,对正交设计中每种组合进行性能预测,通过分析性能曲线对比图,找到了对于各个性能的最优方案。对数值计算得到的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响性能的主次顺序,通过分析与比较得出最优参数组合,即叶轮外径220mm、叶轮出口宽度40mm、叶片出口安放角14°、叶片数4和无叶腔宽度40mm。在模拟基础上,对最优模型样机进行了试验,测试结果表明,在实现无过载的同时,保持了较高的效率,达到了设计目的。     

对虾定向输送装置设计与参数优化试验

针对目前对虾预处理的定向环节仍依靠人工操作、缺少对虾定向设备等问题,以去头南美白对虾为研究对象,对虾体的外形结构特征和虾体头尾定向机理进行分析,并结合对虾外形参数设计了对虾定向输送装置。选取中型和大型两种规格的对虾,以对辊间隙、输送推板运动速度和定向辊转速为试验因素,以定向成功率为指标,进行了单因素试验和正交试验,研究了各试验因素对定向效果的影响规律,并优化了试验装置的主要参数。结果表明,试验装置的最优参数组合为：输送推板运动速度40mm/s、定向辊转速90r/min、中型虾对应的对辊间隙10mm、大型虾对应的对辊间隙13mm,在最优参数组合下中型虾和大型虾的定向成功率分别为97.3%、94.7%。     

基于DEM的导种管优化设计方法研究

为提高玉米精量播种机播种均匀性,需要合理的导种管引导种子进入种沟,基于离散元法研究玉米精量播种机导种管的优化设计。以零速投种理论为基础,采用运动学能量守恒方程分析导种管主曲线,得到种子在导种管出口处的水平速度方程;基于Isight软件RSM优化模块设计试验,结合所得导种管出口处水平速度方程,以圆弧段夹角α、直线段与竖直方向夹角β、直线段高度h₁、圆弧段半径R为因素,考虑分析出口水平速度及实际农艺种子株距的范围调节,增加排种盘角速度ω为因素,以株距变异系数、出口水平速度为响应设计试验对主曲线参数进行优化求解。在ω为15～45 r/min参数范围下,以出口水平速度小于0.1 m/s,变异系数小于5%进行寻优求解,得到导种管主曲线的最佳参数组合为：α=25°,β=11°,h₁=200 mm,R=625 mm。根据所得最佳参数采用CATIA软件建立三维模型并3D打印进行台架试验,台架试验所得种子变异系数为11.58%、合格指数为98.2%、漏播指数为0.83%、重播指数为0.97%,结果表明导种管主曲线优化设计合理。     

苎麻剥麻机主要工作部件的参数优化

为了确定苎麻剥麻机主要工作部件的关键参数,在单因素试验的基础上,在自制试验台架上进行了正交试验,分析了剥麻滚筒直径、转速、双滚筒之间啮合深度等因素对剥麻机剥麻质量的影响,并进行了参数优化,确定了影响因素的参数组合为滚筒直径为260mm、滚筒转速为800r/m、滚筒间啮合深度为4mm、喂入角度为200°,试验表明,采用此参数组合所得剥麻质量符合<苎麻>国家标准要求.本研究可为苎麻剥麻机主要部件的参数设计提供理论依据.     

多年生苜蓿地切根补播机低阻松土铲设计与试验

为降低多年生苜蓿地改良多用机械松土铲的水平阻力和土壤扰动量,根据食蚁兽爪趾外缘轮廓曲线模型,设计了一种新型仿生松土铲。基于多年生人工苜蓿地土壤特性,利用EDEM软件建立触土部件土壤相互作用离散元模型,以水平阻力和土壤扰动面积为主要评价指标,在不同作业条件下对仿生松土铲和轻型标准深松铲工作过程进行数值模拟,并进行田间验证试验。结果表明,仿生铲平均减阻率为7.64%,仿真值与实测值误差小于9%。为优化翼铲结构参数,以铲翼倾角和铲翼开角为试验因素,以传感器拉力测量值和沟槽宽度为试验指标,采用响应面分析法(RSM),进行二因素五水平旋转正交组合试验,得到各因素与指标之间的回归数学模型。采用粒子群优化(PSO)算法对回归数学模型进行求解,获取了Pareto最优解集,最终选取传感器拉力测量值为8.679 kN、沟槽宽度为144.2 mm,此时翼铲倾角为20°、翼铲开角为105.6°。田间验证试验表明,实测值与预测值相对误差小于6%,说明基于RSM和PSO的多目标参数优化方法具有科学性和可行性。     

汽蒸荞麦干燥参数对单位耗热量影响的试验

通过单因素试验以及二次正交旋转组合试验，研究了温度、风速、厚度对单位耗热量的影响。建立了各因素与单位耗热量的回归数学模型。利用非线性优化理论与方法得到了汽蒸荞麦干燥的最优工艺参数为温度105℃、风速3．3m／s、厚度52mm。     

弧槽双螺旋式排肥器优化设计与试验

为实现排肥器的精量排肥,对采用错位叠加单螺旋排肥曲线原理的弧槽双螺旋式排肥器的排肥性能进行理论分析,确定其排肥量及影响其排肥性能的因素,以螺距S、弧槽半径Rp、中心距a为试验因素,并以均匀性变异系数、施肥精度为试验指标,进行了三因素三水平Box-Behnken试验,得到最优参数：螺距S为35mm,弧槽半径Rp为17.5mm,中心距a为35mm,在最优参数组合下制作排肥器并进行台架验证试验与对比试验,试验结果表明：台架试验的均匀性变异系数、施肥精度与仿真试验相对误差分别为5.07%、4.69%,仿真与台架试验吻合度较好,对比试验结果表明：优化后弧槽双螺旋式排肥器施肥精度为3.35%,施肥精度较高,优化后弧槽双螺旋式排肥器较未优化弧槽双螺旋式排肥器、单螺旋排肥器均匀性变异系数分别降低7.26、15.48个百分点,优化后的弧槽双螺旋式排肥器排肥性能良好。     

自走式香蕉秸秆粉碎还田机设计与仿真分析

为解决海南省香蕉秸秆粉碎机具在作业过程中的缠绕和粉碎效果差的问题,设计一种自走式香蕉秸秆粉碎还田机。阐述整机的工作原理,对喂入装置、粉碎装置进行理论研究并确定装置作业参数,完成结构设计。运用ANSYS软件对粉碎刀片进行静力学分析,结果表明: 粉碎刀片在正常工作下的最大等效应力为260.91 MPa,最大形变为0.159 88 mm,低于刀具材料的最大屈服强度,可以保证机器的合理性与适用性。对粉碎过程进行动力学仿真模拟试验,选取刀端线速度和切割角度为试验因素,以秸秆所受最大应力和能量损耗为评价指标,进行二因素三水平试验。结果表明: 最优参数组合为刀片刀端线速度30 m/s,切割角度15°,此时秸秆所受最大应力为12.885 2 MPa,能量损耗为3.50 J。研究结果可为机具进一步优化设计提供理论参考,为香蕉秸秆粉碎还田智能化的发展提供技术参考。     

喷雾机预混装置动态流场分析与参数优化

针对喷雾机预混装置预混时间长、预混效果及均匀性参差不齐等植保作业中存在的实际问题,基于现有喷雾机预混装置,结合田间作业过程中1 000 L喷雾机农药制剂使用量和预混药液输送需求,确定了预混药箱、预混喷头、上药阀等关键部件的基础参数。采用ANSYS-Fluent对不同液面高度时预混动态流场特性进行分析,得到预混药箱内流场的动态分布规律;采用二次回归正交旋转中心组合优化试验方法,以预混喷头工作压力和空间位置参数为影响因素,药液均匀度变异系数为评价指标,利用多岛遗传算法优化获得预混效果较好的参数组合：预混喷头工作压力0.3 MPa、与底部平面距离200 mm、与背部垂直平面的距离70 mm。针对粉剂农药进行场地试验,结果表明：预混药液均匀度变异系数为32.99%;上药阀在压力0.2～0.5 MPa下稳定送药,无回流现象。     

液体肥变量施用控制系统性能的试验研究

为提高液体肥变量施用控制系统的精度和施肥效率,通过单因素试验和二次回归正交旋转组合试验,研究液体肥浓度、设定流量和管道压力等3因素对系统误差的影响;利用单因素和双因素分析法分析各因素与试验指标的关系,确定指标和各因素之间的回归数学模型及各因素在回归模型中的主次顺序.试验结果表明,设定流量对系统误差的影响最大.通过优化计算,得出液体肥变量施用系统的最优工作参数:液体肥浓度为22.8%,设定流量为23.9L/min,管道压力为0.8MPa.此参数下系统误差为0.59%.