圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验

为了缓解中国甜菜收获装备短缺的现状,设计了一种适合国内甜菜种植模式和农艺要求的圆盘挖掘式甜菜联合收获机,并阐述了该机的总体配置及主要部件的结构。该机主要由传动系统、对行装置、挖掘装置、输送分离装置、升运装置等组成。其中,液压控制系统提高了机械的操控性及自动化程度;对行装置减少了甜菜的漏挖,实现了自动对行收获;圆盘式挖掘部件参数的优化设计有效减少了工作阻力,输送分离装置和升运装置中的杆式输送链减少了甜菜的输送损失和含杂。田间试验表明,收获机甜菜收获损失率不大于3.42%,粘土率不大于1.18%,损伤率不大于1.82%,折断率不大于1.6%,含杂率不大于4.86%,符合甜菜收获要求。该研究可为甜菜收获机械设计提供参考。     

水酶法提取山核桃油脂工艺研究

为优化水酶法提取山核桃油脂工艺,以山核桃为原料,采用水酶法提取油脂,在单因素试验基础上,采用响应面法研究木瓜蛋白酶用量、酶解时间、pH值、酶解温度和料液比对山核桃油提取率的影响;采用气相色谱-质谱联用技术分析提取油脂的脂肪酸组成,并对比了压榨法、溶剂法和水酶法3种方式对油脂理化性质的影响。结果表明,水酶法提取山核桃油脂工艺的最佳条件为:木瓜蛋白酶量0.17%,酶解时间150 min,pH值6.34,酶解温度54.43℃、料液比1∶5,在此条件下山核桃中油脂提取率为81.32%。采用气相色谱-质谱联用技术对提取油脂的脂肪酸组成进行分析,共测出12种脂肪酸,棕榈酸、油酸、亚油酸、亚麻酸是4种主要脂肪酸,其中饱和脂肪酸(SFA)占7.61%,单不饱和脂肪酸(MUFA)占69.10%,多不饱和脂肪酸(PUFA)占23.29%。对比3种提油方式发现,水酶法是一种较为理想的油脂提取方法。本研究结果为水酶法提取山核桃油脂生产提供了理论依据。     

全自动蒜种盒提取投放装置设计与试验

针对目前大蒜播种机械自动化程度低、蒜种鳞芽朝上率低的现状,基于种盒式大蒜播种方式,设计了一种全自动蒜种盒提取投放装置。该装置主要包括机架、地轮、地轮轴、测速编码器、光电传感器、控制箱、输送装置和提取投放装置,能够实现蒜种盒自动给进、准确抓取、平稳输送、精确投放等功能。设计了机械臂和机械手结构,通过理论分析建立了各关键部件参数数学模型,确定了机械臂和机械手工作参数,探明了机组行进速度对各舵机工作参数的影响规律,明确了影响蒜种盒投放间隙的因素。为了测试蒜种盒投放效果影响进行了试验,结果表明当机组行进速度为0.90 km/h,中心舵机、辅助舵机、控距舵机转速分别为26.04、26.04、13.89 r/min时蒜种盒投放后衔接间隙平均值为5.6 mm,投放效果较优,满足大蒜播种要求。该文研究结果可为实现大蒜播种自动化提供参考。     

马铃薯联合收获机立式环形分离输送装置设计与试验

为了解决目前国内马铃薯联合收获机分离输送装置存在的分离输送效果差、操控不灵活等问题,设计了一种立式环形分离输送装置。通过对该分离输送装置进行理论分析,确定了其关键零部件的结构和工作参数。以机组前进速度、横向拨送皮带线速度和环形轨道圈转速为试验因素,伤薯率和含杂率为试验指标进行了三元二次通用旋转组合试验,建立了各试验因素与指标之间的数学模型并进行了参数优化。结果表明：影响伤薯率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、横向拨送皮带线速度和机组前进速度;影响含杂率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、机组前进速度和横向拨送皮带线速度;且当机组前进速度为1.1 m/s、横向拨送皮带线速度为1.5 m/s、环形轨道圈转速为7 r/min时,马铃薯收获质量、土薯及杂质分离效果最好,平均伤薯率和含杂率分别为1.28%和2.41%。在最优参数条件下的田间验证试验结果表明,平均伤薯率和含杂率分别为1.46%和2.57%,理论值和试验值相近,符合马铃薯联合收获质量要求。     

水稻秸秆与木屑混合原料热压成型试验

为提高水稻秸秆原料成型燃料的质量,提出通过添加木质素含量较高的木屑原料即形成混合原料并通过试验的方法进行研究。首先进行对比试验,以成型燃料的物理性能为指标,在相同实验条件下对木屑、水稻秸秆和水稻秸秆与木屑1∶1混合的原料进行热压成型试验。对比试验的结果表明小压力下1∶1混合原料成型燃料的综合物理性能优于水稻秸秆成型燃料,证明混合原料可提高单一水稻秸秆原理成型燃料的质量。但由于木屑原料本身的结构特性使得1∶1混合原料成型燃料的抗渗水性较弱。因此为进一步提高混合原料成型燃料质量,我们利用正交试验方法研究对于混合原料成型燃料各物性指标而言最显著影响因素及最佳参数组合并通过试验加以论证。试验结果表明:针对不同性能指标,各工艺参数的影响力不一致,对于松弛密度、抗碎强度及抗压强度而言,压力对其影响较大;而对于抗渗水性而言,原料混合比影响较大。对于松弛密度,最佳成型参数(混合比、温度、压力)组合为0.5∶1,70℃、31.11 MPa,抗碎强度的成型参数最优组合为2∶1,110℃、31.11 MPa,抗渗水性和抗压强度的最佳成型参数组合为1.5∶1,90℃、31.11 MPa。     

模糊评判优化水酶法提取膨化大豆油脂和蛋白

针对水酶法同时提取大豆油与蛋白时,两种目标对工艺参数的优化有差别,因此应用模糊综合评判法对工艺参数进行双目标综合优化,得到同时兼顾高油脂提取率与高蛋白提取率的酶解工艺参数。其结果为：加酶量1.85%,酶解温度50℃,酶解时间3.6 h,料液比1︰6,pH值为9。此时,油脂提取率为92.76%左右,蛋白提取率为93.81%左右。利用扫描电子显微镜、能谱分析以及显微切片分别就蛋白水解状态对油脂释放影响机理进行了研究。通过研究可知,挤压膨化再粉碎后的大豆粉水解过程中油脂的释放取决于蛋白水解状态,经过挤压膨化后大豆细胞结构已经被较充分破坏,而大豆油脂与蛋白的作用没有被完全破坏,所以需要把蛋白充分水解才能使油脂释放聚集,因此挤压膨化后水酶法可以兼顾得到高油脂提取率和高蛋白提取率。     

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。     

蟹脚壳肉分离装置的设计与试验

针对河蟹蟹脚人工壳肉分离劳动强度大、效率低下且蟹肉易污染等问题,设计了一种辊筒挤压式蟹脚壳肉分离装置。该装置通过倾斜的输送滑道将蟹脚输送到一对直径相同、转动方向相反,转速相同的圆柱辊筒之间,利用其挤压作用完成蟹脚的壳肉分离。为确定蟹脚壳肉分离装置的最佳工作参数,以分离效率、得肉率及蟹肉品质为性能指标,以送料角度、辊筒间隙和辊筒转速为影响因素对样机开展了正交试验。结果表明:影响壳肉分离效率的极显著因素为辊筒转速,送料角度和辊筒间隙影响不显著;影响得肉率的极显著因素为辊筒间隙,显著因素为送料角度,辊筒转速影响不显著;影响蟹肉品质的极显著因素为辊筒间隙,送料角度和辊筒转速影响不显著。试验结果表明:最佳工作参数为:送料角度40?,辊筒转速35 r/min、辊筒间隙1.2 mm,在此最优组合参数下,分离率23.1 kg/h,得肉率98.5%,蟹肉品质8.9分,该研究可为后续的设计优化与性能提高提供参考。     

4HJL-2型花生捡拾摘果联合收获机的设计与试验

目前中国花生在收获后普遍由人工进行捡拾、摘果,收获效率低、劳动强度大、生产成本高等问题突出。为解决此类问题,该文研制了一种4HJL-2型花生捡拾摘果联合收获机。该机主要由链式尼龙弹齿捡拾装置、 输送装置、摘果装置、清选装置、升运集果装置等部分组成,采用背负式结构设计,配套动力为兖州30拖拉机,机组前进速度52 m/min,捡拾输送速度57 m/min,输送装置倾角23°,可一次完成花生捡拾、输送、摘果、清选、集果等作业,减少人工投入。田间试验表明：该机作业性能良好,捡拾率99.1%;损失率3.2%;生产率886 kg/h,均符合花生收获机行业标准（NY/7502-2002）,满足实际生产要求。研究结果可为花生收获机械的研究和发展提供借鉴。     

钉齿滚筒式播前残膜回收装置设计与试验

针对播前土壤中残膜破坏土壤结构、严重影响作物发芽率及成活率、降低作物产量等问题,该文设计了一种与联合整地机配套使用的钉齿式播前残膜回收装置,可一次性完成捡膜、脱膜、集膜和卸膜作业。重点设计了装置的捡膜机构、脱膜机构,并对钉齿运动轨迹,脱膜条件进行理论分析与计算。为寻求装置结构与工作参数的最优组合,运用二次回归正交旋转组合试验,以机具前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速为影响因素,以捡膜率、脱膜率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和捡膜率、脱膜率之间的回归模型,分析各因素对捡膜率、脱膜率影响的显著性。结果表明:各因素对捡拾率的影响由大到小依次为:前进速度、捡膜滚筒转速、脱膜轴转速;对脱膜率的影响由大到小依次为:脱膜轴转速、捡膜滚筒转速、前进速度。运用MATLAB软件对试验参数进行优化,确定了装置最优工作参数组合为:机具前进速度1.62 m/s,捡膜滚筒转速90 r/min,脱膜轴转速1055 r/min。对优化结果进行试验验证,结果显示捡膜率为70.56%,脱膜率为82.96%,试验结果和预测值相差较小,优化工作参数较可靠。     

移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机的研制与试验

为了解决中国香蕉茎秆废弃物带来的环境污染、疾病传播、资源浪费以及火灾事故等问题,该文结合香蕉茎秆粗大、含水量高等特点,通过研究香蕉茎秆喂入、挤水、机械击打刮取等关键机构,设计出一台可移动式全喂入香蕉茎秆纤维提取机,整机主要由茎秆输送装置、喂入装置、滚扎装置、纤维刮取装置、出料装置等部分构成。样机性能试验表明:该机生产率为206.6 kg/h,香蕉茎秆纤维提取率为90.4%,香蕉茎秆纤维含杂率为16.2%,提取100 kg香蕉茎秆纤维能耗为22.3 k W·h,符合生产需求。该研究可为香蕉茎秆纤维提取机的设计提供技术参考,对促进中国热带农业区香蕉产业发展具有重要意义。     

智能杂草识别系统的设计与试验

摘要：为了减少农药的使用量,设计了一种新型杂草智能识别系统,并在不同的环境下进行了大量试验。该系统主要由智能识别控制器、喷头总成于安装支架组成,通过摄像头实时采集田间图像,采用基于颜色与位置特征的识别算法分析杂草分布情况,控制喷头快速开闭,实现精准对靶喷药。试验证明,该系统对不同环境均具有较好地适应性,能够快速、准确、可靠的定位杂草。在普通环境下系统识别准确率为97.0%;在强光照环境下系统识别准确率为92.5%;在阴影环境下系统识别准确率为89.2%,单帧图像平均耗时160 ms。该研究可为田间精确喷施除草装置的研发提供参考。     

基于多喷头组合的变量喷药系统的设计与试验

为了克服传统压力式和脉宽调制（pulse width modulation）调节控制方式的缺点,以及目前变量喷药系统的“较复杂,实现成本较高”的不足,该文设计了基于多喷头组合的变量喷药系统,建立了变量喷药影响因素模型,设计了变量喷药系统的管路、上位机处理系统及变量喷药控制器,运用流体网络理论建立喷药网络的数学模型,分析了系统的流阻。在喷雾试验台上搭建了变量喷药系统,试验数据分析表明多喷头组合的变量喷药系统是可行的,每种方式下喷药量与理论值误差均小于10%,可调节喷药量范围宽,农药的施用量大幅度减少。     

油菜精量直播机气力式排种系统稳压控制方法与试验

针对气力式油菜精量联合直播机因拖拉机后输出轴转速变化影响气力系统中风机工作转速,导致排种器工作气压波动,进而降低排种性能的问题,提出一种基于溢流释压的气力系统稳压控制方法,即通过测试风机实际转速变化情况、风机转速与气力系统气压关系,确定溢流阀预设气压值,根据该预设值计算溢流阀的释压弹簧结构参数和工作参数,并通过流量-压力理论分析和稳压控制性能试验验证参数有效性。以2BFQ-6型油菜精量联合直播机气力系统为对象,利用该方法开展稳压控制试验:通过田间测试确定播种机组在田间稳定作业时风机工作转速变异系数达8.15%,结合测定的气力系统风机转速与气压关系,确定风机实际工作转速应在2 020~2 620 r/min范围内,正负气压阀溢流稳压控制预设值分别为1 000和-5 500 Pa;通过溢流释压阀结构及释压特性分析,确定采用中径30 mm、节距10 mm、有效圈数8圈、线径为1.0、1.5 mm的碳素钢丝圆柱螺旋弹簧作为正、负压释压阀的释压弹簧,其弹簧调节螺栓预压缩量分别为6.7和7.8 mm;稳压控制验证试验表明设计的稳压控制系统将排种器气室正压、负压偏差率分别降低45%和110%,使气室气压保持在适宜范围内,气压控制响应灵敏性及稳定性均满足要求;当风机工作转速在2 000~2 700 r/min范围内变化时,排种器的排种量变异系数减小2.68%,提高了排种稳定性。研究表明提出的溢流释压稳压控制方法可有效解决油菜直播机田间作业时排种器工作气压波动大、排种量稳定性差的现实问题,可为播种机设计、气力式排种系统性能优化提供参考。     

茶鲜叶嫩梢捏切组合式采摘器设计与试验

针对条形名优绿茶依赖人工采摘、无专用采摘器的问题,该研究设计了适用于名优茶采摘的捏切组合式采摘器。首先分析人工采摘嫩梢的运动过程及茶叶嫩梢物理特性,设计了基于盘形凸轮的捏切、送、甩、抛循环式采摘机构和柔性捏切一体采摘爪。通过算法控制采摘臂旋转速度,采摘器实现了低振动、准确采摘。样机试验表明：采摘器单次作业最大时间小于0.6 s,实际采摘成功率稳定在100%,说明捏切组合式采摘器符合茶园嫩梢采摘连续、快速的需求。喂入深度和采摘高度越大采摘成功率越高,根据茶叶生长环境和农艺要求确定较优采摘高度和喂入深度均为10 mm、采摘角度为0°。试验结果表明采摘器采摘的茶叶嫩梢与人工采摘品质相同。该研究可为茶叶嫩梢低损、快速采摘提供参考。     

导向充填式水稻精量穴播排种器孔-槽组合型孔设计与试验

针对水稻轻简型机械式排种器因稻种无序充填型孔,导致种群精量分离效果不佳,播量精确调节困难等问题,该研究基于稻种在齿盘疏导下的分布姿态规律,设计了一种具有导向充填效果的孔-槽组合型孔。构建了衡量型孔充种区域稻种分布姿态的评价方法,明确了该区域稻种姿态随时间的变化规律,分别确定了适宜于常规稻和杂交稻排种的大、小组合型孔的结构参数。以常规稻黄华占与杂交稻丰两优3948稻种为排种对象,以大、小进种孔宽度和振动频率为试验因素,依次开展了单因素、二因素全因子和品种适应性试验。单因素试验表明,当大进种孔宽度为6.8～7.6 mm、小进种孔宽度为4.6～5.2 mm时,排种器排种常规稻和杂交稻的合格率均大于85%;低频振动是影响排种器排种性能的主要振动工况。全因子试验表明,当大进种孔宽度为7 mm、小进种孔宽度为5 mm时,排种器的合格率基本不低于90%,并能适应不同的振动工况;品种适应性试验表明,在适宜的进种孔有效长度下,不同尺寸稻种的排种合格率不低于88.80%、漏播率不高于3.60%、破损率不高于0.16%。田间播种试验表明,大组合型孔播种黄华占时,各行合格率不低于89.33%、漏播率不高于1.60%、重播率不高于9.60%、穴径平均值44.64～54.83 mm、穴距平均值133.21～144.67 mm;小组合型孔播种丰两优3948时,合格率不低于85.73%、重播率不高于8.27%、漏播率不高于6.53%、空穴率不高于1.73%,穴径平均值39.88～45.59 mm、穴距平均值200.79～205.56 mm,均满足常规稻和杂交稻大田精量旱穴直播的种植要求。本文通过组合型孔不同大小进种孔的切换及进种孔有效长度的调整兼用于不同水稻品种不同穴播量的低损精量排种,为水稻可调播量排种器设计提供理论参考依据。     

酸法提取青稞麸皮结合酚工艺优化

为了提高青稞的附加利用价值,该文以青稞麸皮为研究对象,考察了提取试剂、酸质量分数、萃取pH值、料液比和提取温度对多酚质量分数和 DPPH·自由基清除能力的影响。采用中心组合设计优化其结合酚提取工艺。结果表明,青稞结合酚提取最优工艺条件为：提取试剂为硫酸,酸质量分数为11.10%,水料比为1：17 g/mL,提取温度为75℃,pH值不作处理,此条件下提取得到的结合酚质量分数达224.33 mg/(100 g),DPPH·自由基清除能力达9919.28μmol/(100 g),与预测值多酚质量分数243.80 mg/(100 g),其DPPH·自由基清除能力9087.02μmol/(100 g)基本一致。高效液相色谱法检测到最优工艺下所得青稞结合酚中含有8种酚酸及8种黄酮类物质,总量达325.104 mg/(100 g)。研究结果为全面评价青稞结合酚含量及青稞麸皮的高效利用提供科学依据。     

平板式太阳能供热与制冷联合循环的试验研究

该文提出一种全新的平板式太阳能供热与制冷联合循环新思路，并进行了实物样机制作。将传统太阳能集热器的吸热芯片插入太阳能吸附制冷吸附集热器内的吸附剂中间层，有效地解决太阳能吸附制冷循环过程中吸附床的散热问题，并可有效回收吸附床的显热及吸附热供用户使用。用石英碘钨灯模拟太阳能辐射能量对实物样机进行了试验，结果表明，在接受外界能量16～18 MJ/m²的情况下，集热面积为0.9 m²的平板型太阳能冷热联供装置可对外输出5 kg的冰，并可使热水箱内60 kg的水温升高18℃，系统制冷COP在0.11～0.12之间，总的供热效率在0.45左右。通过试验，证明了所提出的平板式太阳能冷热联供装置结构简单、性能可靠，对太阳能的合理利用作出了一次有效的尝试。     

气压组合孔式玉米精量排种器设计与试验

该文将排种器型孔和种子搅拌装置相融合,取消了传统气力式排种器复杂的种子搅拌装置,设计了1种气压组合孔式玉米精量排种器。阐述了正压气流与导槽相结合来提高排种器充种性能的原理,计算确定了其主要结构参数。以重播指数、漏播指数及粒距合格指数为指标,对其分别进行了台架试验和田间试验。结果表明,该排种器漏播指数、重播指数、合格指数等指标明显优于气吸式排种器,且田间工作性能稳定。