葡萄茎秆切割装置作业参数优化与试验

为探究露地酿酒葡萄茎秆对机械化切割力的影响关系，通过力学特性试验测定修剪期葡萄茎秆弹性模量与抗压强度，确定葡萄茎秆断裂时的抗剪强度在5.0~9.0 MPa。对切割器—葡萄茎秆建立几何模型进行动力学仿真，借助有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析往复式切割器切割过程，得到葡萄茎秆修剪过程中位移云图、等效应力云图、能量曲线和切割力曲线。在此基础上进行三因素三水平仿真试验，得到切割装置工作参数对切割力的影响从大到小排序为切割倾角、液压马达转速、行进速度，运用Design-Expert12.0软件优化分析得到切割装置最优参数组合：切割倾角为9°、液压马达转速为700 r/min、行进速度为1.5 m/s。运用最优参数组合进行田间试验，结果表明：往复式葡萄茎秆修剪机的漏剪率为5.4%，撕裂率为4.6%，葡萄茎秆切割装置最优作业参数可满足葡萄园茎秆修剪作业要求。     

3PJ—1型龙门葡萄剪枝机的研制

合理的葡萄剪枝是保证稳产和丰产的关键技术之一,而剪枝需要大量人工成本,使得研制一种能代替人工剪枝的机械迫在眉睫。依据葡萄剪枝机前期茎秆的力学特性实验结果,并在拖拉机割草机的工作机理基础上设计出第四代3PJ—1型龙门葡萄剪枝机。该型剪枝机具有切割器支撑臂液压伸缩调节装置,实现作业幅宽和角度的无级可调,解决用机械代替手工的难题。在剪切装置中设置拨禾轮,提高剪净比。通过对伸缩臂结构进行模态分析,优化伸缩臂结构以消除或抑制振动、噪声等不利影响。该剪枝机经过广泛使用,取得较好的应用效果。     

夏季酿酒葡萄修剪机的设计与试验

针对夏季酿酒葡萄修剪工作劳动强度大、效率低、修剪质量难以保证等问题,结合新疆酿酒葡萄种植模式,研制了一种夏季酿酒葡萄修剪机。首先对整机结构、工作原理、关键部件设计进行说明,然后运用Box-Benhnken中心组合试验方法对试验因素进行分析,以刀具转速、作业速度、含水率进行试验并进行响应曲面分析,建立曲面响应三维模型,并最终得出最优工作参数组合。试验结果表明:当作业速度1.5m/s、刀具转速1 200r/min、含水率65%时,切断率达到最大为96%。该机具作业性能可靠,各项指标满足性能设计要求。     

PJZ-1型酿酒葡萄剪枝机设计与试验

我国酿酒葡萄栽培面积逐年增加,因气候条件酿酒葡萄进入冬季前需要进行剪枝作业,目前冬季剪枝作业主要以人工修剪为主,存在劳动强度大、效率低和成本高等问题。设计了一种适于酿酒葡萄冬季埋藤前的机械化修剪机具,该机主要由机架、自动避障装置和液压驱动的旋转式剪枝装置等组成。试验选取3年株龄的赤霞珠品种作为试验对象,以割刀转速和作业速度为试验因素进行酿酒葡萄田间剪枝试验。试验结果表明:当机具作业速度3.0 km/h,割刀转速2 000 r/min时,剪断率为98.3%;当机具作业速度3.0 km/h,割刀转速＞2 500 r/min时,剪断率为100%;当机具作业速度1.0~2.0 km/h,割刀转速2 000 r/min时,剪断率为100%;当作业速度4.0 km/h时,机具对酿酒葡萄剪枝作业的时间利用率86.4%时,机具的平均作业效率为0.05 hm2/h。该机具的各项性能指标均达到了设计要求,可有效地调节酿酒葡萄修剪的高度和宽度,并且具有自动避障功能,割刀转速2 000~3 000 r/min,作业速度1.0~5.0 km/h时,可以获得较高的枝条剪断率。      

沙棘螺旋伸缩剪的设计与试验研究

为解决我国沙棘的采收问题,研制了一种螺旋伸缩剪,长度能在1.2~1.8m之间调节。选择手工园艺剪、沃施剪中低搭配的采收方式,与手工园艺剪、沃施剪、螺纹伸缩剪3者高中低搭配的采收方式进行试验对比分析,包括采收效率、采净率、采收范围、劳动强度。通过对比分析,得到在手工园艺剪、沃施剪、螺纹伸缩剪3者搭配时,沙棘的采收效率、采净率、采收范围3项指标都得到提高,确定了3者比例为2:1:1时沙棘采收效率、采净率最高。经两种沙棘采收方式的对比试验分析,为沙棘采收机的理论研究与优化设计提供了参考,也为沙棘采收机的研制开发提供了新的思路。     

基于EDEM的南方水田秸秆处理压草刀具的仿真与试验

针对南方水田保护性耕作存在的残茬秸秆量大、土壤含水率高等问题,设计一款秸秆压草刀具。通过分析工作过程中所受阻力、对土壤的扰动情况及地表平整度等,收集田间土壤参数并用EDEM软件建立土壤离散元仿真模型,仿真试验结果显示,在入土深度为10 cm,刀具转速为3 r/s,前进速度为1 m/s时,土壤的扰动作用较小,受到的阻力为53.20 N。田间试验结果显示,同样因素条件下,秸秆回弹率较低,该刀具能够处理85%的秸秆杂草。刀具在使用过程中未产生停转且刀具不会缠草。通过仿真试验和田间试验,证明该组合刀具符合保护性耕作要求。     

酿酒葡萄篱架梳脱运动试验台设计与应用

设计了由机架、液压站、行走机构、弓齿脱粒机构及葡萄果串藤架组成的酿酒葡萄篱架梳脱运动试验台,通过螺旋对辊、两侧梳脱装置的空间位置、对辊转速和行进速度等关键参数的调节,可进行柔性梳脱装置的试验,研究运动中柔性弓齿梳脱作业机理和各因素对梳脱的影响。通过脱粒过程运动学、动力学分析,研究了影响酿酒葡萄运动梳脱效果的主要因素为行进速度、对辊转速和弓齿螺旋角。在室内进行正交试验,结果表明,行进速度和对辊转速对脱粒率有一定影响,弓齿螺旋角的影响不显著,对辊转速从200 r/min增加到300 r/min,脱净率从75.7%提升到了92%,行进速度从0.4 m/s增加到0.7 m/s,脱净率从94.7%降低到78%;对于破损率,3个因素均不显著,约为20%左右。     

芦蒿有序收获机切割器动力学仿真与试验

切割器作为芦蒿收获机的重要工作部件,其切割性能直接影响作物的收获质量和后续输送效果。采用虚拟样机设计方法,对自走式芦蒿有序收获机中往复式切割器的结构参数和芦蒿茎秆的物理参数进行研究,建立了切割部件的三维实体模型和茎秆的柔性简化模型,并进行刚柔耦合动力学仿真分析。以切割系统的切割速度vg、切割角度α和前进速度vm为影响因素,选取切割器对茎秆切割力F和重割率γ为评价指标,设计了三因素三水平虚拟正交试验,运用统计学软件进行响应面回归分析和方差分析,并进行田间试验验证。结果表明,响应面模型(RSM)优化组合vg=1.6 m/s,α=15°,vm=1.0 m/s时,F、γ明显降低,割茬质量最好,与试验结果相比,切割力误差小于10.9%、重割率误差小于11.3%。分析结果验证了预测模型的有效性和准确性,表明所设计的往复式切割器满足对芦蒿的有序收获要求。     

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。     

基于有限元沙柳切割过程数值模拟和工作参数优化

针对圆盘式灌木平茬机作业时岔口质量差、刀具磨损严重的问题,提出了利用ABAQUS软件对沙柳平茬过程进行动态模拟仿真优化工作参数的方法;构建了沙柳三维切削模型,得到了切削过程中沙柳及圆盘锯片的应力变化情况,分析了应力变化的原因。通过双因素实验法,确定了切削参数中进给速度对切削力的影响最大,得出了圆盘锯片的最佳切削参数组合为切削速度60m/s、进给速度350mm/s。田间试验表明:9GZ-1.0型自走式灌木平茬机在切削速度为60m/s、进给速度350mm/s时,每10min切削量为153.2kg,漏割率为0.08,切割效果最好,与模拟切削得到的结果基本相符。     

4QM-4.0型麻类青饲料联合收获机割台结构设计与试验

针对现有牧草收割机收割饲用苎麻作物时，割台输料不畅，搅龙易被麻类纤维缠绕的问题，设计一种专用收割机割台。该割台由往复式切割装置、拨禾轮、茎秆捡拾输送器及螺旋搅龙组成。根据饲用苎麻的田间生长特性及物料特点，开展收割机割台设计。通过理论计算与试验分析，确定割台各关键装置结构参数：拨禾轮的圆周半径为840 mm、切割器离拨禾轮轴高度为1 470 mm、拨禾轮转速27.9 r/min、升降行程为700 mm、往复式割刀曲柄转速为540 r/min、茎秆捡拾输送器拨齿轮滚筒半径为150 mm、转速为152.80 r/min，喂入搅龙直径为320 mm、转速为170 r/min。田间试验表明：该机收获损失率为3%，标准草长率为91%，作业小时生产率为0.25~0.35 hm2/h，割茬高度为150 mm。收割时，割台未出现堵料及纤维缠绕现象；收割后，苎麻割茬整齐，未发现作物茎秆基部存在明显撕裂现象。试验结果表明往复式切割器切割效果良好，整机工作性能稳定，该收割机割台能够满足对饲用苎麻作物的收割要求。     

水稻根茬-土壤复合体剪切特性试验

为了降低稻茬地少耕免耕过程中的阻力,提高作业质量,同时为破茬开沟装置提供设计依据,采用自制的剪切试验装置在万能材料试验机上对水稻根茬-土壤复合体进行了剪切试验,对根茬-土壤复合体含水率、土壤容重、根茬-土壤复合体的当量直径、剪切位置、剪切速度、切刃刃角、切刀刃口形状7个因素进行了单因素试验。在单因素试验的基础上选取根茬-土壤复合体含水率、剪切速度、切刃刃角3个因素进行了正交试验。单因素试验结果显示:极限剪切应力与复合体的含水率呈二次多项式函数关系,与土壤容重呈幂函数关系,与根茬-土壤复合体直径呈二次多项式函数关系,与剪切速度呈对数函数关系,剪切位置距离根茬中心越远极限剪应力越小,切刃刃角越小极限剪切应力也越小;在4种形状的刃口切刀中,凹圆弧切刃的极限剪切应力最小。正交试验结果表明:切割速度450 mm/min、含水率25%、切刃刃角15°时,极限剪切应力最小。     

油葵收获割台工作性能仿真及试验研究

为研究油葵收获割台在工作过程中的性能与可靠性,得到该割台正常工作时的关键参数,利用SOLIDWORKS对割台进行三维参数化建模并导入ADAMS中进行运动学仿真,得到收获时茎秆受力和摆动程度的仿真结果并进行正交组合分析,仿真和分析结果表明:割台正常工作最优参数的组合是拉茎辊转速800 r/min、机器的行驶速度2.12 km/h、拉茎间隙10 mm、拉茎辊的倾角20°,同时往复切割刀的切割速度2 m/s时茎秆的受力最小,通过田间试验发现整个收获过程籽粒损失率≤3%,喂入输送绞龙的茎秆较短,收获可靠性较好,结果表明该割台适合油葵的机械化收获。     

立架种植葡萄修剪机的研制与展望

结合新疆葡萄园的种植模式特点,设计了一种往复式葡萄修剪机,可以解决劳动生产的耗费时间长,人工成本高,作业量大等问题,以来提高葡萄产业的竞争优势。并对往复式葡萄修剪机提出了一种方案设计,使往复式修剪机不仅可以用于葡萄园的修剪,也可以用于其他果园和园林的修剪和整形,具有很好的社会效益和经济效益,可以得到很大的推广。     

棉秆力学性能试验

以创新棉958棉秆为试验材料,在万能试验机上对收割期的棉秆进行剪切、压缩、弯曲力学性能试验。试验结果表明：试样的含水率在30%～50%时,棉秆底部和中部的抗压强度、剪切强度较小,分别为1.66～3.13MPa、0.74～1.12MPa;试样的抗弯强度随含水率的升高而降低,试样底部弯曲强度为4.20～5.08MPa。在剪切、压缩、弯曲试验中,试样底部消耗的功分别为2.98～4.32N·m、2.91～4.34N·m、1.51～4.18N·m。     

免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化

针对中国东北地区玉米秸秆粗壮量大、不易腐烂,造成免耕播种机破茬防堵装置秸秆根茬切断率低和作业所需切割扭矩大的技术难题,以蝗虫口器多段阶梯锯齿状结构和双上颚异向等速咬合运动方式为仿生原型,设计一种可在东北地区实现高效破茬防堵作业的动态仿生破茬装置。通过仿生构建、机构设计、理论分析和参数优化等方法设计了行星齿轮变速机构和仿生破茬刀;运用Arduino系统和智能控制方法设计了智能驱动系统,实现了运动方式-结构耦合仿生;通过参数优化试验和回归分析等方法,研究了结构和作业参数对秸秆切断率和切割扭矩的影响规律,并得出最佳参数组合:作业速度为10 km/h,回转半径为250 mm,正转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为9,反转破茬刀仿蝗虫口器刀片数量为18;最终通过对比试验得出动态仿生破茬装置相较于被动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率22.6%~27.4%;相较于驱动缺口圆盘破茬刀可提高秸秆根茬切断率8.6%~13.5%,降低扭矩输出19.5%~21.8%;作业后使用共聚焦激光扫描仪进行耐摩擦磨损对比试验,其平均表面粗糙度和最大磨痕深度相较于驱动缺口圆盘破茬刀分别下降14.5%和15.9%。     

光刃刀片切割甘蔗茎秆时根茬破坏力学分析

甘蔗根茬破损会影响到宿根质量,通过建立甘蔗茎秆切割过程中的力学模型,对根茬的破坏进行了力学分析.结果表明：甘蔗茎秆受一刀切割时,根茬破坏的模式有劈裂和弯曲断裂;受两刀或多刀切割时根茬破坏模式有因扭转而产生的纵向裂纹,因弯曲而产生的劈裂和弯曲断裂.推导了根茬在切割过程中受到的剪应力、弯曲应力计算公式,给出了破坏准则.     

巨菌草收割装置发展现状及趋势

巨菌草收割是菌草产业中劳动强度最大的工作环节之一。在国内,目前对巨菌草切割的相关研究较少,没有有效巨菌草茎秆切割装置。首先,通过对巨菌草的茎秆拉伸、压缩和弯曲等力学特性,以及直径和含水率等影响茎秆的抗拉压强度因素进行综述,对比不同的茎秆切割器研究现状得出:合理匹配圆盘式切割器结构参数与运动参数能够减小重割和漏割,而往复式切割的切割速度对剪切力影响较小,切割间隙和切割刀片组合形式对剪切力影响大。其次,指出虚拟仿真技术这一较新的技术领域,为探究切割装置提供了新的技术方法。最后,提出巨菌草收割目前存在的问题以及切割装置在未来应向智能化和多功能化发展的观点。