滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机设计与试验

香蕉茎秆中含有丰富的植物纤维,其机械提取具有效率高、污染少等优点,是一项具有发展潜力的香蕉茎秆机械化处理技术。目前,由于香蕉茎秆粗大、含水率高等问题,机械提取香蕉茎秆纤维成熟技术较少。针对上述问题,该文研制了滚扎甩碎组合式香蕉茎秆纤维提取机,该机主要由传动系统、Ⅰ级滚扎装置、Ⅱ级滚扎装置、甩碎装置、电机等部分构成。样机性能试验表明：该机香蕉茎秆纤维提取率为89.2.%,含杂率为8.6%,生产率为206 kg/h,能耗为20.2 kW·h/100 kg,符合设计要求。与半喂入式香蕉茎秆纤维提取机相比,该机的提取率提高了8.1%,含杂率降低了6.5%,生产率提高了71.7%,能耗降低了10.6%。该研究可为香蕉茎秆纤维提机设计提供参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要的意义。     

滚筒刮拉式香蕉茎秆纤维刮取装置参数优化与试验

为解决机械法香蕉茎秆纤维提取中存在的纤维提取率较低、含杂率较高等问题,对滚筒刮拉式香蕉茎秆纤维刮取装置进行参数优化试验研究。该文制定了香蕉茎秆纤维提取率、香蕉茎秆纤维含杂率为试验指标,刮杂刀辊转速、刮刀数量、刮刀砧弧长为影响因素,通过单因素试验分析确定了各个因素对试验指标的影响规律及较优水平范围;通过三因素三水平正交试验及多元回归分析,得出刮杂刀辊转速为1 800 r/min、刮刀数量为16把、刮刀砧弧长为60 mm为试验最优参数组合,以及各因素对指标影响的主次顺序。对试验装置进行指标模型的测试试验表明:该装置生产率为207.6 kg/h,香蕉茎秆纤维提取率为93.2%,香蕉茎秆纤维含杂率为15.7%,能耗为22.1 k W·h/100 kg,符合农艺生产要求和相关行业原料标准。该试验结果有利于促进中国南方热区香蕉茎秆纤维提取装备的研制与发展。     

滚割喂入式卧轴甩刀香蕉假茎粉碎还田机设计与试验

由于香蕉假茎粗大、含水率高,且富含纤维素与半纤维素,现有的粉碎还田机大多存在秸秆粉碎不彻底、刀具易磨损、机器作业效率低等问题。针对上述问题,该文设计了一种滚割喂入式卧轴甩刀香蕉假茎粉碎还田机,描述了该机推倒装置、滚割喂入装置、粉碎装置以及整平装置等主要部件的结构,并对粉碎刀进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。田间试验表明:该机器在拖拉机前行速度为2.16~3.60 km/h、后动力输出轴转速为720 r/min时,工作效率为0.42~0.46 hm2/h、油耗量为21.4 L/hm2、香蕉假茎粉碎合格率为96.6%、香蕉假茎平均切碎长度为57 mm,均满足秸秆粉碎还田农艺要求。该研究为中国南方香蕉种植区秸秆粉碎还田机的发展与推广提供了参考。     

香蕉茎秆纤维化学脱胶工艺及脱胶纤维性能

为了将废弃的香蕉茎秆制备纤维的工艺运用到纺织领域,采用化学法脱胶工艺提取香蕉茎秆纤维。研究预酸,预氧及碱液煮炼工艺条件对香蕉茎秆纤维脱胶率和残余木质素率的影响,确定较佳的脱胶工艺。采用傅立叶红外光谱(fourier transformed infrared spectroscopy,FTIR)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)分析较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维的理化特性;并对其力学性能进行测试与分析。结果表明:预酸采用H2SO4质量浓度2 g/L,浴比1∶20,水浴温度55℃,时间2 h;预氧处理工艺采用H2O2质量浓度7 g/L;助剂Na2Si O3质量分数3%,多聚磷酸钠质量分数2%;温度95℃,p H值11,浴比1∶20,时间1.5 h,升温时间35~40 min;碱液煮炼Na OH溶液质量浓度9 g/L,常压0.1 MPa煮沸,温度100℃,时间3 h,浴比1∶20;酸洗用H2SO4体积分数0.1%,温度28℃,时间5 min。在此条件下,香蕉茎秆纤维的脱胶率为68%,残余木质素率为8.21%。FTIR结果表明对比香蕉茎秆粗纤维,化学法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维去除了大部分的半纤维素和木质素,相对结晶度为60%;断裂截面的SEM图表明化学法制备的香蕉茎秆纤维呈现脆性-塑形复合型断裂形式,直径范围在0.068 mm左右。力学性能测试结果表明较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维拉伸强度,杨氏模量和断裂伸长率分别是353.09 MPa,18.34 GPa和1.70%。结果表明化学法较佳工艺制备的香蕉茎秆纤维在纺织工业具有一定的应用前景。     

香蕉秸秆颗粒燃料固体成型机的设计与试验

针对中国热带农业区香蕉秸秆粗大、含水率高、秸秆固体成型设备少等问题,该文研究设计了香蕉秸秆固体成型机,确定了螺杆挤压装置、搅拌装置、挤出成型装置和排水装置等部件的主要结构参数。样机性能试验结果表明:该机生产率为358kg/h,颗粒燃料的成型率为95.4%,机械耐久性为96.7%,颗粒质量密度为1.35g/cm3,颗粒含水率为2.76%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作平稳,成型可靠,经济效益与生态效益明显,在中国热带农业区具有广阔的推广应用前景。     

香蕉茎秆挤压脱水技术装备研究进展及改进方向

香蕉茎秆挤压脱水工艺是香蕉茎秆资源化利用的关键步骤,可以有效地降低运输成本,减轻蕉农的劳动强度,有利于提高香蕉茎秆的综合利用率。该文从介绍香蕉茎秆原料结构形态,化学成分以及蕉秆水分的存在形态出发,详细论述了国内外对高含水量的香蕉茎秆采取的脱水技术的研究现状和最新进展,指出了各种典型设备的结构特点。讨论了各种机械挤压脱水设备的实用性、优缺点及商业推广价值。指出平板压榨为间歇生产,压榨周期长;螺旋挤压脱水要求原料为粉碎性物料,物料的适应性差;轧辊式挤压脱水为连续生产,效率较高。针对香蕉茎秆体形高大质地软,纤维长的特点,确定香蕉茎秆挤压脱水技术应采取轧辊式挤压脱水工艺,提出轧辊式挤压脱水设备的开发改进建议,认为设备体积小,操作简单安全,处理量大,可靠性高是主要的研究方向。     

ZMFQSL-1型苎麻开纤水理设备设计与试验

针对现有苎麻脱胶后纤维开纤中纤维束混乱纠缠、梳理难度大、工序不连续、劳动强度高等问题,结合苎麻纤维机械自动化生产的技术要求,该文采用煮练后麻纤维平直喂入、敲麻开纤、高压水理清洗和平直输出等连续化工序加工原理,对设备整体方案和主要工作部件敲麻开纤装置、间歇输送装置、聚拢装置以及水理装置等进行设计,确定其关键参数,并开展样机麻纤维开纤试验和纤维质量检测。试验结果表明:该样机生产性能稳定,麻纤维品质均一,大幅降低了劳动强度,生产效率大于120 kg/h(原麻),麻纤维残胶率小于2.0%,并丝率小于2‰,束纤维断裂强度为4.3 c N/dtex。研究结果可为苎麻精加工设备的升级换代和苎麻纤维生产规模化、标准化发展提供技术支撑。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160～300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58～148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10～70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。     

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。     

香蕉纤维酶解脱胶工艺及脱胶纤维性能

香蕉纤维的开发利用是香蕉茎秆资源综合利用的有效突破口。该研究以中国主栽品种巴西蕉香蕉茎秆纤维为研究对象,采用俐迪链霉菌对其进行生物脱胶,研究其产酶和脱胶的条件并对脱胶后纤维的结构和理化性质进行分析。研究结果表明:俐迪链霉菌在果胶和半纤维素筛选培养基中观察到明显的水解圈,具有水解果胶和半纤维素的能力;以残胶率和果胶酶活性为指标,筛选出产酶和脱胶的条件为:pH值5.0、NH4NO34 g/L、麸皮10 g、接种量9 mL,在此条件下菌体产酶活力为75μg/(mL·min),香蕉纤维残胶率4.80%,纤维得率为59.48%;扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)结果显示脱胶后纤维的直径和表面结构发生了改变;脱胶后纤维的强力从345.37 cN降至273.37 cN,纤维的细度由18.55 tex增加至8.91 tex;纤维中的纤维素含量增加,半纤维素、木质素和果胶等非纤维素成分明显减少,致使脱胶后的纤维素热稳定性和结晶度都明显增加,这一结果与SEM、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和傅立叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析结果一致;表明该菌株在香蕉纤维脱胶方面具有一定的应用前景。     

连续夹持输送式苎麻剥麻机研制

针对苎麻剥麻劳动强度大、作业工效低等问题,该研究基于横向喂入式剥麻技术的作业特点,结合苎麻剥麻的工艺要求,设计了一种连续夹持输送式苎麻剥麻机。通过对剥麻装置、夹持输送装置和换端夹持装置等关键部件的结构设计和理论分析,确定影响剥麻质量的关键因素及作业参数范围。以剥麻间隙、滚筒转速和输送速度作为影响因素,建立苎麻剥麻的鲜茎出麻率和原麻含杂率的数学模型,结合Box-Behnken试验方案进行多目标优化试验,寻求装置作业参数对苎麻剥麻的影响规律及最优参数组合。试验结果表明:滚筒转速、剥麻间隙和输送速度对鲜茎出麻率和原麻含杂率均具有极显著影响。通过多目标参数优化分析,确定最优作业参数组合:剥麻间隙4.0 mm、滚筒转速330 r/min和输送速度0.36 m/s。基于优化参数进行苎麻剥麻的生产验证试验,结果显示:鲜茎出麻率5.04%、原麻含杂率1.18%,各指标与模型预测值的相对误差均小于5%,验证了预测模型的准确性;整机生产效率142 kg/h,达到设计指标要求;苎麻纤维的含胶率22.85%,束纤维断裂强度4.56 CN/dtex,达到《苎麻》国家标准二等苎麻纤维等别。     

滑切防缠式香蕉秸秆还田机设计与试验

针对香蕉秸秆富含纤维且含水率高等物理特性,现有的秸秆与根茬粉碎还田机田间作业时存在着切割阻力大,秸秆纤维易缠绕等问题。采用理论建模方法确定了秸秆滑切刀片的刀刃曲线方程;设计阐述了还田机的关键结构参数,该文研制出一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,并阐述了还田机械的总体机构与工作原理,同时对其秸秆粉碎率以及功耗进行田间试验。结果表明:各因素对香蕉秸秆粉碎率和功耗影响的显著性顺序从大至小依次均为秸秆粉碎刀辊转速、灭茬刀辊转速、机器前进速度。当机器前进速度为1.39 m/s、秸秆粉碎刀辊转速为1 600 r/min、灭茬刀辊转速为500 r/min时,香蕉秸秆粉碎率为95.2%,功耗为4.96 k W。在最优工作参数情况下,实际香蕉秸秆粉碎率为94.9%,实际功耗为5.1 k W,与软件分析值(95.2%、4.96 k W)间的误差分别为0.31个百分点、0.27%,验证了分析的可信性。通过与甩刀式立式香蕉秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出所研制的滑切防缠式香蕉秸秆还田机秸秆粉碎率提高1.94个百分点,功耗降低11.3%。该机器的设计为中国南方热带地区香蕉秸秆还田技术的推广与应用提供了基础。     

自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机设计与参数优化

针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题,该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象,设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量,确定采用双夹持机构与同步带夹持输送、电机驱动夹持机构翻转换位、双滚筒反向剥麻的技术方案。进而对剥麻装置、夹持机构等主要部件进行结构设计和理论分析,确定苎麻剥麻机结构和剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度等工作参数。然后分析苎麻茎秆剥打过程并建立仿真模型,运用ANSYS/LS-DYNA模块对剥麻过程进行单因素仿真试验,分析了木质部去除量、韧皮部损失量等,仿真结果表明,剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度分别在350～650 r/min、0.2～0.4 m/s、5°～15°范围内时的剥麻效果较好。根据Box-Behnken试验设计方法,开展三因素三水平正交试验,通过方差分析和响应面分析,得出反拉式换位夹持苎麻剥麻机的最优工作参数为:剥麻滚筒转速451.047 r/min,反拉速度0.319 m/s,喂入角度10.728°;样机试验表明最优工作参数下的平均鲜茎出麻率为5.03%,平均原麻...     

香蕉落梳机气动夹持部件参数优化与试验

目前香蕉采收处理对蕉穗的夹持一般采用尖锐部件插入果轴的方式,导致卸荷后果轴不能自动脱离夹持器,不利于实现香蕉落梳机械化和自动化。针对上述问题,设计出气动夹持装置和弧形夹持部件,分析了夹持部件与果轴间的相互作用关系,确定了影响夹持部件与果轴间当量摩擦力的关键因素。试验结果表明夹持部件材料、夹持部件内弧面面积、果轴直径和气缸气压4个因素对当量摩擦力具有显著性影响(P0.05);对当量摩擦力影响的主次顺序依次为夹持部件材料、夹持部件内弧面面积、气缸气压、果轴直径。正交试验回归分析表明采用橡胶夹持部件,内弧面面积为1 885 mm~2,气缸气压为0.5 MPa,果轴直径为69 mm时当量摩擦力最大,为359.494 N,实测值为375.975 N,与回归分析结果无显著性差异。该研究可为茎杆类植物体夹持方法和夹持部件的改进与应用提供参考。     

大麻鲜茎剥皮机的设计与试验

为了减轻大麻收获劳动强度、提高大麻鲜皮剥制效率,该研究根据大麻茎杆分枝多、皮骨结合紧密等特点,采取揉搓分离与梳理分离相结合的皮骨分离方法,设计出大麻鲜茎剥皮机。该样机主要由揉搓机构、梳理分离机构、纤维收集装置、传动系统、机架、行走装置等组成,样机具体结构紧凑、移动方便、皮骨分离能力强等特点。试验结果表明:样机的揉搓分离机构能够使大麻鲜茎破裂,皮骨初步分离;梳理分离机构能将揉搓后粘连在韧皮表面的大部分麻骨去除,起到梳理鲜皮上屑骨的作用。样机的鲜茎出皮率为10.90%~21.36%,剥净率为61.50%~78.33%,生产率为108.67~174.22 kg/h,纤维强度为4.90~5.61 cN/dtex,可实现大麻鲜茎的皮骨分离。     

整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验

整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响,合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况,采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台,采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率（剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值）的影响规律并获得最佳作业参数：喂入辊筒转速250 r/min,剥叶辊筒转速540 r/min,茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm,甘蔗喂入根数1.68根,此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明,在单根和双根喂入时,甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程,并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。     

喂入式立轴甩刀香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

由于香蕉秸秆粗大、含水率高,现有的粉碎还田机大多操作繁琐、作业不稳定。针对上述问题,研制了一种喂入式立轴甩刀香蕉秸秆粉碎还田机,描述了该机的总体设计方案及主要部件的结构,分析了各部件之间的相互关系,确定了其关键参数的最优值。试验结果表明:该机在前进速度为2.16~3.60 km/h、压辊进料转速为127.39 r/min、立轴甩刀旋转速度为1 080 r/min时,秸秆粉碎质量合格率达94.9%、田间覆盖率达88.61%、茎杆留茬高度为30~35 mm,一次作业可将秸秆粉碎成丝状残渣,且残渣抛洒还田均匀。试验结果对解决因秸秆难处理而制约农村合作社小规模种植的难题具有重要意义。