组合式轴流脱分装置动力学仿真

为了从力学的角度对轴流脱粒空间的脱粒机理进行进一步探讨,根据动力学原理,建立螺旋叶片板齿组合式轴流脱粒装置的动力学模型,分析稻谷在装置中受力情况,并对脱粒过程进行仿真。研究结果表明在整个脱粒过程中,谷物沿着叶片边缘螺旋线方向受力分布不均匀,当稻谷沿着螺旋叶片运行到距喂入口5～9 m区间时,此时加速度达到整个脱粒过程中的最大区域。凹板、盖板与滚筒之间的谷物受力明显高于滚筒反力和叶片反力,证明凹板与盖板参数是影响稻谷轴流脱粒的主要因素。     

轴流式和切流式机械脱粒对稻谷损伤及加工品质的影响

为确定不同机械脱粒滚筒收获方式对收获后稻谷品质性状的影响,以手工收获方式稻谷为对照组,对轴流式和切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷的品质性状进行研究,检测不同收获方式稻谷的裂纹率、裂颖率、发芽率、幼苗生长、腹部与背部作为承压面糙米的三点弯曲破碎力、加工品质指标等。测试结果表明:机械脱粒方式收获稻谷与手工收获方式相比,裂颖率增加,发芽和幼苗生长、三点弯曲破碎力和加工品质降低,其中裂颖率最大增加约35.6%,发芽率降低最大达53%,茎秆长度最大降低15 mm,根数量最大降低2.4个,腹部和背部三点弯曲破碎力减小最大值为4.5和3.8 N,整精米率最大降低12.11%;而切流式脱粒滚筒收获方式收获稻谷与轴流式相比,裂颖率较大,发芽率降低达34%~51%,茎杆长度降低最大达12.6 mm,根数量降低最大达1.8个,腹部和背部三点弯曲破碎力差异较小,整精米率降低10.38%。总体来说不同机械脱粒收获方式对稻谷的品质性状影响具有差异性,轴流式脱粒收获方式对稻谷的机械损伤小于切流式脱粒收获方式,机械脱粒损伤稻谷品质性状的评价应该根据稻谷具体使用目的进行客观全面的评价。     

水稻谷粒与脱粒元件碰撞过程的接触力学分析

针对中国水稻在机械化收获过程中稻谷损伤严重,脱粒装置的设计仍以经验为主等现状,从碰撞的角度,建立了谷粒与脱粒元件接触过程的位移量和最大压力分布方稃,并以钉齿脱粒滚筒为例,求得了稻谷产生应力裂纹或破碎时稻谷与脱粒元件碰撞的临界相对速度,室内台架试验验证了理论分析的正确性,为深入研究水稻谷粒与脱粒元件的相互作用、稻谷的脱粒损伤机理以及脱粒装置的设计提供了理论依据.     

基于仿生脱粒的鸡喙啄取玉米果穗引起籽粒离散过程分析

在先离散后脱粒工艺基础上,为探究玉米果穗的低损伤离散,该文利用玉米离散试验系统对鸡喙啄取玉米籽粒的过程进行试验研究。结果表明,鸡喙接触玉米籽粒后,籽粒离鸡喙越近,推力的水平分力越大,籽粒运动越明显,越容易从果穗上分离下来,籽粒离鸡喙越远,推力的水平分力越小,籽粒越难与果穗分离;离散过程中,籽粒遵循"组砌规律"进行力的传递,传递的范围近似为"塔形",脱离果穗的籽粒的运动类似于斜抛运动;玉米果穗在果穗切线方向上的受力最大,其次是玉米果穗轴线方向上的受力,垂直于试验台方向上的受力最小;验证试验结果:玉米果穗的平均离散率为67.53%,平均离散损伤率为0.16%,表明模仿鸡喙的离散辊对玉米果穗有较好的离散效果,且损伤率低。该研究对低损伤玉米脱粒系统的设计提供了仿生学思路。     

播期对机插水稻产量构成特征的影响

为探明播期对机插水稻产量构成特征的影响,试验选用粳型超级稻武运粳24和籼粳交水稻甬优2640为材料,系统研究播期对机插稻茎蘖动态、穗部性状和籽粒灌浆动态特性的影响,阐明不同播期条件下机插稻产量及其构成特征。研究表明,播期推迟,机插稻茎蘖数拔节期显著升高、成熟期下降,成穗率明显降低,早播与晚播变化差异达显著水平(P0.05)。机插稻穗长、着粒密度、单穗粒质量、一次枝梗数、二次枝梗数、一次二次枝梗数比例、一次枝梗粒数、二次枝梗粒数、单次枝梗着粒数、一次枝梗结实率、二次枝梗结实率均随播期推迟而呈下降趋势,而一次二次枝梗总粒数比呈上升趋势,且籼粳交水稻受播期影响较大。除一次二次枝梗数比例、一次二次枝梗总粒数比和一次枝梗着粒数差异较小外,穗部构成特征其余指标均于早播、晚播间差异显著(P0.05)。随机插稻播期推迟,强、弱势粒米粒终极生长量变小,单粒质量降低,强势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率下降,到达最大灌浆速率的时间延迟,活跃灌浆期和有效灌浆时间均延长;弱势粒的最大灌浆速率和平均灌浆速率差异较小,晚播较低,到达最大灌浆速率的时间推迟,活跃灌浆期缩短,有效灌浆时间延长。适宜早播机插水稻,群体茎蘖升降平稳,有效穗数增多,穗粒充足,穗部结构优化,结实率高,灌浆持续时间长,灌浆速率稳而高,弱势粒灌浆更充实,易实现稳产、高产。因此,苏中地区机插水稻提前至5月26日播种,抢时早栽,可实现单产突破。     

玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题，该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型，结合Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验和仿真弯曲试验标定粘结参数；以马齿型玉米籽粒为原型，采用五球粘结的籽粒-芯轴连接方式建立玉米果穗聚合体离散元模型，仿真标定籽粒与芯轴的连接力；最后模拟梯形杆齿、圆头钉齿和纹杆块3种脱粒分离机构的玉米脱粒进程。结果表明：玉米芯轴弯曲破坏力和弯曲刚度仿真结果与实测平均值的相对误差分别为-0.12%和-0.14%，籽粒果柄轴向压缩力和径向压缩力仿真结果与实测平均值的偏差分别为-1.8和2.46 N，3种脱粒分离机构脱粒段仿真区域内籽粒平均法向接触力依次为12.50、12.32和8.03 N，3种脱粒元件对籽粒平均法向接触力的递减趋势与台架试验的籽粒破碎率变化一致，根据籽粒与脱粒元件接触合力的累积频率曲线确定籽粒破碎率的临界接触合力为550 N，仿真未脱净率依次为0.15%、0.37%、0.35%，较台架试验结果分别偏小0.07、偏高0.04和偏小0.25个百分点，沿滚筒轴向籽粒质量分布百分比曲线均表现为正偏态单峰分布，脱粒仿真试验的曲线峰值分别比台架试验高1.03、1.86和0.85个百分点，两者脱粒质量相近。该玉米果穗聚合体离散元模型参数标定准确，能够准确反映籽粒和芯轴的力学特性差异，可还原玉米脱粒分离过程，为后续脱粒分离机构的优化提供参考依据。     

短粒型稻谷热容的实验测定

热容是稻谷的重要热物性参数，被广泛应用在干燥工艺设计和干燥过程的计算机模拟中。稻谷的热容不仅受其含水率的影响，还受其品种甚至产地的影响。该研究根据混合测定法原理，用磁力搅拌式水卡计、电位计以及数字温度计等，组成一套测定装置，对我国南方产短粒型稻谷的热容进行测定，着重研究了稻谷的含水率对热容的影响。根据测定结果，通过回归分析的方法，建立起短粒型稻谷的热容随着含水率变化的数学方程。分析结果表明，利用此方程来计算不同含水率短粒型稻谷的热容，比利用国外的经验计算公式计算得到的数值具有更高的准确度。     

灌溉方式与施氮量对杂交粳稻颖花形成及籽粒充实的影响

为探讨不同灌溉方式与施氮量处理大穗型杂交粳稻穗粒数形成和籽粒充实的差异,以大穗型杂交粳稻甬优1538为材料,设置灌溉方式(W0:浅水层灌溉;W1:轻干湿交替灌溉)和施氮量(N1:施纯氮225 kg·hm~(-2);N2:施纯氮300 kg·hm~(-2);N3:施纯氮375 kg·hm~(-2))二因素试验,研究其对大穗型杂交粳稻稻穗颖花形成及籽粒结实性状的影响。结果表明,灌溉方式与施氮量对大穗型杂交粳稻稻穗总枝梗与颖花形成均有显著影响。与W0相比,W1显著增加了总枝梗与颖花分化数、退化数和现存数;3种氮肥水平下,N2的总枝梗数、颖花分化数和现存数最高,而退化数率最低。灌溉方式与施氮量对大穗型杂交粳稻枝梗与颖花形成的影响因着生部位不同而异。灌溉方式与施氮量对一次枝梗和颖花以及上部二次枝梗与颖花的影响均不显著,但在W1和N2条件下显著增加了中、下部二次颖花的分化数并减少退化数,促进了中、下部枝梗与颖花形成。灌溉方式和施氮量对强势粒千粒重和充实度的影响不显著,而对中势粒和弱势粒的千粒重和充实度的影响达显著水平,其中W1显著高于W0,N2显著高于N1和N3。在轻干湿交替灌溉条件下,N2有利于二次枝梗和颖花的形成,提高穗粒数的同时增加了籽粒粒重和充实度,从而提高了产量。本研究结果为大穗型杂交粳超高产栽培的养分水分管理提供了理论依据和实践指导。     

油菜联合收获机种子籽粒脱粒装置结构及运行参数优化

为探究油菜联合收获机脱粒系统对油菜籽粒的收获效果,寻求较优的脱粒装置结构及运行参数,以喂入量、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速和脱粒元件型式种类为影响因素,油菜种子籽粒发芽率、脱粒损失为评价指标,开展油菜联合收获脱粒试验、发芽率试验及无损伤籽粒发芽率对比试验,探究了联合收获油菜籽粒的脱粒损伤机理。结果表明:影响油菜种子籽粒脱粒损伤的主次因素依次为脱粒元件型式、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速、喂入量;所选因素水平下,综合考虑脱粒损伤及损失,采用喂入量3.2 kg/s、脱粒滚筒间隙9 mm、脱粒滚筒转速856 r/min、全钉齿时为较优组合。分析表明:联合收获脱粒会对油菜种子籽粒造成损伤,影响脱粒损伤的直接因素为种子籽粒在滚筒内受打击次数及打击力大小;通过调整脱粒系统结构及运行参数,能够显著降低油菜的脱粒损伤及损失,本文为脱粒装置结构及运行参数的优化提供参考。     

玉米强弱势粒间机械脱粒破碎率的差异

为明确机械脱粒时玉米强弱势粒间破碎率的差异及其影响因素,选用2个玉米品种,将玉米分强弱势粒分别机械脱粒,比较分析3次机械脱粒日期(8月9日、8月16日、8月23日)强弱势粒的含水率、百粒重、力学强度、淀粉粒形态和破碎率。结果表明,参试品种‘仲玉3号’在8月9日、8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率均高于强势粒,‘先玉1171’在8月16日和8月23日脱粒弱势粒的破碎率也均高于强势粒;不同机械脱粒日期强势粒的含水率和百粒重显著高于弱势粒,同时较弱势粒具有明显的力学强度优势。籽粒顶面压碎强度和胚部压碎强度与破碎率呈极显著和显著负相关(r=-0.46**,r=-0.34*),可更好地反映籽粒耐破碎能力;强势粒的角质胚乳淀粉粒大于弱势粒,强势粒的粉质胚乳淀粉粒主要呈多面体,弱势粒主要呈球体。强弱势粒含水率差异难以反映其耐破碎能力,粒重和力学强度差异是造成强弱势粒破碎率差异的重要原因。     

履带式稻麦联合收获机田间收获工况下振动测试与分析

为研究履带式全喂入联合收获机田间收获时的振动特性以及不同喂入量下的振动特性,以沃得锐龙4LZ-5.0E履带式全喂入稻麦联合收获机为研究对象,利用DH5902动态信号测试分析系统对不同喂入量收获工况下整机12个测点处的振动进行了测试与分析,结果表明振动筛、脱粒滚筒、发动机分别是机器前后、左右、上下方向上的主要激振源,但作物喂入割台和输送槽组成的腔体结构后,吸收了部分振动,使得割台和输送槽测点处的振动总量分别下降了25%、39%;与无作物喂入相比,喂入量为2.44 kg/s时输送槽驱动轴和脱粒滚筒测点处的振动分别增大了90%和149%,而喂入量增大到3.87 kg/s时振动总量却下降了15%左右,因此收获时应使机器保持一定的喂入量,可以降低整机振动;驾驶座椅支座、发动机机脚支座和底盘机架上测点处的振动均与作物喂入量呈正相关性。研究结果可为降低履带式联合收获机田间收获工况下整机振动,进而提高其驾驶舒适性提供参考。     

油菜脱粒过程中茎秆碰撞破碎的试验研究

油菜脱粒过程中茎秆过度破碎是导致夹带损失和脱粒功耗升高的主要原因。为明确油菜茎秆被脱粒钉齿碰撞导致破碎的机理,该研究以收获期油菜茎秆为研究对象,在自制的碰撞试验台上进行脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞破碎试验。在进行油菜茎秆与脱粒钉齿撞后轨迹分析的基础上,利用感压胶片对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞力进行了测量,并以油菜茎秆破碎率为指标,以油菜茎秆长度、喂入次数、滚筒转速、齿型等为因素分别进行了单因素试验和正交试验。结果表明：单个钉齿与油菜茎秆的碰撞过程为高速瞬时多点碰撞,碰撞过程89%为多次碰撞,发生1次碰撞的仅占11%,碰撞次数与碰撞点在钉齿上的位置有关;瞬时多次碰撞过程中碰撞力随碰撞次数呈减小趋势,试验条件下单次碰撞力平均值为13.25 N,小于油菜茎秆径向压缩的屈服极限,单次碰撞的油菜茎秆并不会破碎;单因素试验表明油菜茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、滚筒转速正相关;刀面、柱面和平面3种钉齿中刀面钉齿对茎秆破碎率影响最大,平面钉齿对茎秆破碎率影响最小,试验条件下将油菜茎秆重复8次喂入碰撞试验台后油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%,油菜侧枝破碎率为42.2%,主茎秆破碎率远远大于侧枝;正交试验表明在所选参数范围内影响茎秆破碎率大小的顺序依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型、喂入次数,且茎秆长度100 mm、滚筒转速500 r/min、喂入次数为2次、齿型为平面钉齿时油菜茎秆破碎率最低。本文对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞形式及碰撞力进行了研究,确定了影响茎秆破碎的主次因素,可为油菜脱粒装置的优化设计提供依据。     

柔性齿与刚性齿脱粒水稻功耗比较分析与试验

柔性脱粒能减少刚性脱粒冲击所带来的水稻籽粒破损,对柔性脱粒的研究与应用早已引起了农机研究者的广泛关注。为了比较柔性齿滚筒与刚性齿滚筒脱粒水稻的功耗差异,该文将脱粒滚筒视为刚体,脱粒齿视为弹性体,脱粒过程视为柔性脱粒齿对水稻籽粒的碰撞冲击过程,通过分析比较刚性齿与柔性齿脱粒过程中冲量矩及对水稻籽粒打击力,建立了刚性齿脱粒滚筒与柔性齿脱粒滚筒的功耗模型,同时通过对刚性和柔性脱粒过程碰撞冲量和动能损失的分析比较,从理论上证明了柔性齿脱粒相对于刚性齿脱粒具有动能损失小、功耗低。试验结果表明在喂入量相同情况下,脱粒齿直径相同的刚性齿滚筒比柔性齿滚筒的转矩大,消耗的功率也大,验证了柔性脱粒能降低打击力与功耗的理论分析结果。     

柔性梳脱式酿酒葡萄脱粒机构设计与试验

针对目前中国酿酒葡萄人工采摘效率低下的问题,为实现酿酒葡萄机械化采收,提出柔性梳脱式采摘方式,设计了以柔性弓齿为核心部件的酿酒葡萄柔性梳脱式采摘机构。首先基于ADAMS软件建立了弓齿及果梗的柔性仿真模型。采用广义力建立连接力,传感器监测断裂条件,实现了葡萄果粒在外力作用下的脱粒过程控制,解决了面对多对象脱粒仿真过程控制的关键问题。分析了梳脱辊转速、柔性弓齿弯曲刚度和梳脱辊间距对葡萄脱粒过程的影响规律和机理。基于仿真试验选取因素及水平,并以脱粒时间和破损率为指标,进行了正交试验,确定试验因素最佳组合为:梳脱辊转速160 r/min,弓齿弯曲刚度0.067 N·m2,梳脱辊间距280 mm,在该条件下脱粒时间为1.73 s,破损率为3.51%。该文为深入研究收获过程的机理和收获机构的优化提供参考。     

挤搓式玉米脱粒机的研制

为了解决我国长期以来存在的种子玉米脱粒损失量大的问题，该文介绍了一种利用挤搓原理的，宽板齿、低转速脱粒滚筒、栅格式凹板结构的玉米脱粒机的设计方法。该系列脱粒机的特点是脱净率高、破碎率低，适应玉米籽粒含水率在13％～20％范围内，既适合普通玉米脱粒、也适合种子玉米脱粒。该玉米脱粒机在设计上采用了挤搓脱粒技术。经过对该应用技术设备的设计、试制、试验、使用及测试，其结果表明，完全适合种子玉米脱粒。该文还介绍了在对该玉米脱粒机进行设计研究过程中初步总结的一些规律和认识。     

基于有限元分析的核桃脱壳技术研究

核桃破壳是核桃深加工的第一步,必须首先解决。经实测发现核桃形状不规则、壳仁间隙小。试验证明核桃壳完全破裂所需的变形量大于壳仁间隙,用一般的机械挤压方法破壳必将造成大量的碎仁。该文采用结构静力分析的有限单元法,通过所建核桃的几何模型和破壳的有限元模型,对核桃在几种载荷作用下的应力分布规律进行了分析,找出了核桃壳变形量不大且产生局部裂纹点多、裂纹点易扩展的最佳的施力方式。设计了导向机构。试验表明,核桃导向装置基本实现了使核桃的椭圆长轴与破壳辊轴线平行,使核桃以滚动方式挤压扩展裂纹提高了露仁率。