凯斯A8000甘蔗联合收割机切割质量影响因素的试验

针对凯斯A8000甘蔗联合收获机实际操作参数对切割质量影响大的问题,采用二次回归通用旋转组合设计和田间物理试验方法,对其切割质量影响因素(实际操作参数)进行了研究,探明了各影响因素对切割质量的影响规律和影响机理,且优化了影响因素。结果表明:随刀盘转速x1增大,甘蔗破头率先减小后增大,随前进速度x2的增大,甘蔗破头率y增大;使用大的刀盘倾角时,小深度的入土切割有利于降低甘蔗破头率,但采用大深度的入土切割,甘蔗破头率增大;使用小的刀盘倾角时,贴地切割对降低甘蔗破头率最有利。使用小的刀盘倾角时,因素优组合为:刀盘转速为516.4r/min,前进速度为4km/h,刀盘的离地高度为0,相应可靠性为99%的甘蔗破头率预测区间为(3.9%~8.12%)。使用大的刀盘倾角时,因素优组合为:刀盘转速为544r/min,前进速度为4km/h,刀盘的离地高度为-2.78cm,相应可靠性为99%的甘蔗破头率预测区间为(5.85%~9.34%)。     

甘蔗收获机入土切割深度控制系统研究

甘蔗入土切割可以有效降低根切破头率,由于西南丘陵山地蔗田凹凸不平,现有甘蔗收获机难以控制刀盘进行入土切割作业,导致甘蔗机收产生大量根切破头。针对以上问题,本文利用自行研制的甘蔗入土切割试验台,基于角度传感器、切割压力传感器,设计了一种多传感器数据融合的入土切割控制系统,开发了基于PID算法的刀盘高度控制策略,运用Matlab/Simulink构建系统仿真模型。仿真结果表明,入土切割控制系统的稳定时间为0.67 s,超调量为8.6%。为验证入土切割控制系统的作业效果,以前进速度、地面波长和地面振幅为试验因素模拟蔗田路面,进行了台架试验。试验结果表明,当前进速度为1 km/h、地面波长为1 m、地面振幅为4 cm时,最小平均入土切割深度误差为3.26 mm。当前进速度为3 km/h、地面波长为1 m、地面振幅为12 cm时,最大平均入土切割深度误差为8.87 mm,刀盘可以保持入土切割。研究可为入土切割控制系统的开发提供数据支撑和理论依据。     

王草收获机旋转刀盘式平茬切割装置设计与试验

针对目前王草缺少专用机械收获装备,传统通用型切割装置对王草平茬刈割效果不稳定等问题,设计了一种王草收获机旋转刀盘式平茬切割装置。根据王草簇状分蘖生长的生物特性和平茬刈割的收获要求,完成切割装置的总体结构设计,通过理论分析,确定了切割器和塔轮式输送器的关键结构和工作参数。利用ANSYS/LS-DYNA仿真对比单动刀切割和动定刀组合切割的切割效果,结果表明动定刀组合切割断面平整度优于单动刀切割,在刀盘低速切割时,动定刀组合的切割功耗小于单动刀切割;切割输送仿真试验表明塔轮式输送器的输送效果较好,能够实现割后王草茎秆的顺茬输送。搭建切割器试验台,采用Box-Behnken设计方法,选择动定刀间隙、刀盘转速和刀盘倾角为试验因素,留茬破头率和切割功耗为试验指标,建立了因素与指标间的回归模型,通过NSGA-Ⅱ算法,确定切割器最优参数组合为动定刀间隙2.98 mm、刀盘转速为84.7 r/min、刀盘倾角为28.65°,在此参数组合下测得留茬破头率为8.66%,单位切割功耗为7.78 mJ/mm²。在此基础上进行田间试验,试验结果与优化结果基本一致,结果表明旋转刀盘式王草平茬切...     

砍蔗刀盘切割深度对宿根破头率影响的研究

甘蔗的宿根破头率对第2年甘蔗发芽率有很大的影响。为此,基于课题组研发的全自主知识产权甘蔗收割机,研究砍蔗刀盘的切割深度对宿根破头率的影响。田间试验表明:砍蔗刀盘的切割深度对宿根破头率有显著影响;随着刀盘切割深度的增加,甘蔗的宿根破头率反而减少;相比不入土切割,砍蔗刀盘入土切割的甘蔗宿根破头率降低60%。     

甘蔗切割器切割功率与破头率关系的试验研究

为了减少甘蔗切割器的切割功率耗损、切割损失并满足切割甘蔗破头率小的要求,在双刀盘甘蔗切割试验台上,通过对刀盘转速、台车行走速度、刀盘前倾角、刀片刃角进行四因素与二指标(切割功率、破头率)进行试验研究,采用二次回归旋转组合设计、综合平衡法等分析方法,得出四因素的优化值下切割功率与破头率最小.最优组合是:刀盘转速581.7r/min,行走速度0.818m/s,刀盘前倾角16°,刀片刃角7.5°.优化后的破头率和切割功率分别是3.259%和1.708kW.     

玉米根茬破碎还田装置设计与试验

分析了玉米根茬破碎还田装置中直刀、旋耕刀、月牙刀的破茬原理,试验验证了月牙刀滑切破茬具有土壤扰动小、功耗低、破碎能力强的特点.以刀辊转速、机器前进速度、切刀入土深度为试验因素,以功耗、破茬合格率为试验指标,分别建立了表征月牙刀破茬性能的数学模型,确定最佳参数为:切刀入土深度48 ram,机器前进速度0.77 m/s,刀辊转速266 r/min.在试验范围内,切刀入土深度对功耗的影响最大;刀辊转速和机器前进速度对破茬合格率影响最大.     

免耕播种机切茬导草组合式草土分离装置设计与试验

针对玉米免耕播种机在麦茬地作业时机具通过困难、苗带草土混杂、作业质量差等问题,提出驱动切茬和被动导草联合作业的技术思路,设计了一种切茬导草组合式草土分离装置,实现了秸秆及杂草的切割拨抛和引导分流。对凹面缺口圆盘刀和导草板等关键部件与秸秆及杂草间的相互作用规律进行理论分析,确定了关键影响因素及其取值范围;运用CFD仿真技术确定了导草板的最优参数;借助EDEM离散元仿真技术建立了草土分离装置-土壤-秸秆相互作用的仿真模型,确定凹面缺口圆盘刀的最优结构参数组合;通过田间试验对该装置的作业性能进行了验证。研究结果表明:影响切茬导草组合式草土分离装置作业性能的主要结构参数为凹面缺口圆盘刀刀盘入土深度、刀齿高度和刀盘偏角。当刀盘入土深度为73. 63 mm、刀齿高度为69. 70 mm、刀盘偏角为23. 41°时,该装置机具通过性良好,且作业性能稳定,苗带秸秆清除率和土壤扰动量平均值分别为90. 16%和20. 85%,符合玉米免耕播种作业农艺和技术要求。     

单圆盘甘蔗切割器切割破头率影响因素的试验

利用甘蔗切割综合试验台,对影响甘蔗切割破头率的因素进行了室内试验。采用数理统计方法及优化、仿真技术,建立了相应的数学模型,探讨了田间因素和结构因素对甘蔗破头率的影响机理。在频率、振幅取最小值和软、硬2种土壤条件下,分别对因素进行了优化,结果表明频率、振幅对破头率影响大,因素较优组合为:刀片刃角21°,刀片切割角30.5°,刀盘倾角11.5°,刀片4片。破头率小于11%。     

双刀盘甘蔗切割器工作参数的试验优化研究

采用二次回归正交旋转设计的试验方法,模拟甘蔗在湿土和干土里的固定情况,对双刀盘甘蔗切割器切割甘蔗破头率的影响因素(刀盘转速、前进速度、切割角、刀片数量、刀片刃角、刀盘前倾角)进行了室内物理模拟试验;运用数理统计分析、数学建模及计算机优化方法,建立了在湿土和干土两种条件下的影响因素与甘蔗破头率之间的数学模型;在湿土和干土综合条件下,对影响因素进行优化,结果使甘蔗破头率降至8.18%以下。     

单圆盘甘蔗切割器影响破头率的运动学仿真

利用有限元软件ANSYS对甘蔗切割进行有限元分析,制定了单圆盘甘蔗切割器切割甘蔗的坏切割状态判别标准,通过物理试验制定了刀盘压破蔗头的判别标准.利用动力学仿真分析软件ADAMS进行了切割器连续切割多根甘蔗的运动学仿真,定量研究了影响切割状态和压破蔗头的各因素及交互作用对破头率的影响机理.结果表明.小频率和小速比、小振幅和少刀片的组合有利于降低破头率,当频率、振幅为零,速比为24,倾角为15°,刀片数目为2片时破头率为6.7%.     

红花采收机双动对切式末端执行器设计与试验

针对红花采收机械存在的花丝破碎率高,采收效果差的问题,基于低速对切与分段切割的设计思想,研究设计了一种红花采收机双动对切式末端执行器,利用双动刀和多工作段凸轮实现低速夹持切割与分段作业。构建刀具-花丝切割力学模型,对切割过程进行理论分析,确定影响末端执行器性能的关键因素为：切刀进给速度、刃口倾斜角和切刀刃面倾角;并以凸轮转速（切刀进给速度）、刃口倾斜角和切刀刃面倾角为试验因素,以花丝采净率与花丝破碎率为评价指标,进行了三因素五水平二次正交旋转组合试验,得到试验因素与评价指标间的数学模型,对回归模型进行多目标优化,确定最佳参数组合为：凸轮转速27.9r/min、刃口倾斜角16.1°、切刀刃面倾角19.7°,对应花丝采净率为91.78%,花丝破碎率为5.32%。在最佳参数组合下进行田间验证试验,结果表明,花丝采净率为91.25%,破碎率为5.57%,与优化结果误差不超过5%,表明所设计末端执行器能实现花丝的低破碎率采收。     

甘蔗割铺机圆盘切割器工作参数优化及影响分析

以降低宿根破头率为目的,利用广西农机研究所研制生产的4GZ-9型甘蔗割铺机为实验样机,采用田间试验的方法．对其切割器的工作参数进行了实验研究；探讨了切割速度、刀盘倾角、刀片数量、切割角、刀片刃角及收割机前进速度对宿根破头率的影响，并建立了相应的数学模型。以计算机优化为手段，得到切割器较优工作参数组合，使宿根破头率降至2.11％。     

割前摘脱收获机立式离心分离复脱清选装置优化

针对水稻割前摘脱脱出物草谷比低和处理量大的特点,为提高谷物脱出物的处理能力,设计了一种可循环喂入的立式离心分离复脱清选装置并对其进行了响应面优化试验。以喂入速度和螺旋输送器转速为影响因素,以分离率、复脱率和破碎率为试验指标,通过二次正交旋转中心组合试验得到了其性能指标和工作参数的响应曲面模型。利用Design-Expert软件分析各参数对性能指标的交互作用可知,输送器转速对分离率、复脱率和破碎率的影响较大,而喂入速度则较小。通过多目标优化,得到最佳工作参数:输送器转速541.4 r/min、喂入量1.226 kg/s;在该参数组合下的期望结果:分离率为90.4%、复脱率为66.1%、破碎率为0.77%;在该参数组合下的验证性试验结果:分离率为89.4%、复脱率为65.2%、破碎率为0.83%。结果表明立式离心分离复脱清选装置处理效率高,谷物损伤小,能够适应对割前摘脱脱出物的处理要求。     

大蒜联合收获机按压式切根装置设计与试验

针对大蒜联合收获作业过程中根系切净率低与损伤率高的问题,设计了一种按压式切根装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过理论计算确定了夹持输送与切割机构作业参数,构建大蒜夹持运动方程和拨轮组动力、变形及切割力学模型。以链轮、拨轮和圆盘刀转速为试验因素,伤蒜率和切净率为试验指标,利用Design-Expert 8.0.5软件进行回归与响应面分析,构建三元二次回归模型,得到各因素对指标值的影响顺序。结果表明,当链轮、拨轮和圆盘刀转速为107、52、197 r/min时,装置性能最优,伤蒜率和切净率分别为0.63%和97.07%。对比鳞茎顶端定位“浮动切根装置”的最优参数组合,结果表明,所提出的装置伤蒜率降低2.15个百分点,切净率提高3.9个百分点。对优化因素进行试验验证,验证与优化结果基本一致,满足大蒜机械化收获高效切根作业要求。     

水稻秸秆反旋深埋滑切还田刀优化设计与试验

针对水稻秸秆深埋还田时,还田刀作业功耗过高和缠草的问题,结合还田机作业过程,分析还田刀功耗过高和缠草的原因,设计了一种反旋深埋滑切还田刀。使用阿基米德螺旋线设计还田刀侧切刃,提高还田刀的滑切性能,计算并验证侧切刃曲线的动态滑切角满足土壤-秸秆滑出还田刀的条件,使用圆弧曲线设计还田刀正切面,以耕宽和正切面安装角为依据确定圆弧半径为60mm。运用离散元仿真软件EDEM进行了反旋深埋滑切还田刀与传统还田刀的仿真对照试验,结果表明反旋深埋滑切还田刀的秸秆还田率、抛土性能与传统还田刀基本一致,作业功耗降低18.19%,选取留茬高度、刀辊转速和机具前进速度为影响因素,选取作业功耗为评价指标进行正交试验设计,确定影响还田机作业功耗的因素从大到小依次为：刀辊转速、机具前进速度、留茬高度。田间试验结果表明：在土壤含水率为20%~30%,地表秸秆覆盖量为336~353g/m2,拖拉机作业速度为低速一挡（1.5km/h）,刀辊转速为250r/min时,秸秆深埋滑切还田刀作业后,平均耕深为18cm左右,秸秆还田率为87.9%~89.7%,地表平整度为2.1~3.7cm,作业指标均满足秸秆还田的农艺要求。     

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。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

免耕播种机侧向清秸覆秸秸秆比例回收装置设计与试验

为解决中国麦玉豆主产区在利用秸秆促进作物绿色增产增效、保护耕地的同时,轻简化回收多余秸秆促进其资源化利用等问题,基于原茬地免耕精量播种机侧向清秸覆秸原理,设计了一种秸秆比例回收装置,借助秸秆被免耕播种机播前清理具有的机械能使其沿导流板滑移至机械能耗尽,弹齿“顺势”将其抛送至挤压装置进行回收。应用高速摄像技术探明了秸秆侧向抛撒运动规律,通过理论分析确定了影响装置工作性能的关键结构与作业参数及其取值范围,并采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、滚筒转速和弹齿偏角为试验因素,以秸秆回收比率和含杂率为评价指标,实施参数组合优化试验,结果表明：在参数组合为作业速度5.4～7.2 km/h、滚筒转速95 r/min、弹齿偏角49°时,秸秆回收比率大于94%、含杂率小于5%。研究结果为研制原茬地免耕播种秸秆覆盖还田同步比例回收复式作业机提供了理论和技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。