内置式玉米秸秆收集打捆装置设计与试验

针对我国玉米收获作业存在的秸秆回收利用率低、果穗收获与秸秆收获不能同时进行等问题,设计了一种内置式秸秆收集打捆装置,将该装置内置到自走式玉米收获机上,使玉米收获机在实现果穗收获的同时实现玉米秸秆捡拾、粉碎和打捆的功能,减少了收获机械进地次数,降低了成本。为此,通过对秸秆收集打捆装置整体机构及关键部件的理论和仿真分析,确定了主要结构参数。以碎刀辊转速、螺旋输送器转速、打捆机输入转速为试验因素,打捆密度为试验指标对秸秆收集打捆装置进行正交试验,因素取值范围为:粉碎刀辊转速1300～1700r/min、螺旋输送器转速120～180r/min、打捆装置输入转速700～800r/min。试验结果表明:各因素对草捆密度均有显著影响,影响主次顺序为粉碎刀辊转速打捆装置输入转速螺旋输送器转速;当粉碎刀辊转速为1700r/min、螺旋输送器转速为150r/min、打捆装置输入转速为800r/min时,打捆密度最高为180kg/m~3。该装置结构设计合理,为中国北方一年两熟地区夏玉米秸秆收获提供了技术支持。     

收获粉碎式秸秆压块打包一体机的设计

针对国内秸秆打包机不能进行田间收获打包作业的现状,设计了收获粉碎式秸秆压块打包一体机。以7 3.5 k W拖拉机作为牵引机,利用捡拾收割装置进行秸秆捡拾收获,通过二次粉碎抛送装置完成秸秆的二次粉碎与抛送,实现了秸秆的田间收获压块打包作业。田间试验表明:该机捡拾收获效果良好,损失率低,作业效率达到了2.84t/h,草捆密度133.4kg/m~3,满足农作物秸秆收获作业要求,为秸秆综合利用提供了技术支持。     

可变压捆室打捆机结构设计与仿真分析

针对传统秸秆打捆机收获农作物秸秆时形成圆草捆直径单一的问题,设计一种由捡拾机构、喂入机构、压捆机构和草捆卸载装置等组成的可变压捆室圆捆机。在Solidworks中建立可变压捆室圆捆机三维模型,简述其工作原理和关键部件的结构设计,并对整机动力传动系统进行分析;分析草芯在压捆室内累积过程,得出物料在压捆室内运动的规律,并通过计算得出钢辊线速度为2.29 m/s;运用ADAMS软件对打捆机进行运动学仿真,验证打捆机作业时不会发生物料堵塞和堆积现象,得到钢辊线速度为2.3 m/s,与计算结果基本一致;利用ANSYS Workbench软件对打捆机机架进行模态分析,得出打捆机正常作业时机架不会发生共振现象。为后续秸秆打捆机的创新设计和结构改进提供理论支持。     

基于ADAMS的打捆机粉碎抛送装置动平衡优化分析

秸秆粉碎抛送装置是秸秆打捆机的重要组成部件,工作时转子高速旋转,将秸秆粉碎并抛送到打捆室内。为分析该装置的动力学特性,从而对该装置进行动平衡优化,本文利用SolidWorks建立粉碎抛送装置的三维模型,并利用ADAMS对该装置转子进行动力学仿真,根据刚性转子二面平衡原理和动平衡校正理论,计算得到配重质量块的大小和位置,通过ADAMS再次仿真,确定该装置动平衡达到G6.3等级,满足设计要求,为合理设计打捆机粉碎部件提供了理论依据。     

基于逆向工程原理的钢辊式卷捆机构反求设计

钢辊式圆捆机是我国秸秆收获的关键技术装备之一,目前尚缺乏针对该机型核心机构（钢辊式卷捆机构）的基础性设计方法。为此,基于逆向工程原理,综合运用平面几何学、材料力学、机械设计学、试验法、ANSYS分析法等,对该机构展开反求设计。运用平面几何学建立卷捆室半径、钢辊数量、钢辊半径、钢辊间隙四个特征参数间的关系函数;通过理论分析建立钢辊与累积草芯的接触模型,以此为依托运用高速摄像观测法与概率学原理确定钢辊半径对二者间接触力的影响规律;通过高速摄像观测法,确定钢辊间隙及钢辊表面凸棱与缠辊现象间的关联性;采用试验与理论计算相结合的方法实现喂入口尺寸的设计;建立钢辊的力学模型,对钢辊重要组件——长轴直径进行设计,同时利用ANSYS中的Workbench模块实现对钢辊（复合体）刚度及强度的校核。运用上述研究结果,以DN4575型圆捆机为目标机进行反求设计,设计结果如下：钢辊半径75 mm,钢辊数量10根,钢辊间隙10 mm,喂入口宽度162 mm,钢辊长轴直径20 mm,钢辊辐板数量5个。上述反求过程为钢辊式卷捆机构的关键参数提供了系统性的设计方法,该方法对钢辊式圆捆机的设计具有重要的指导意义。     

秸秆打捆机结构改进及仿真分析

我国甘蔗叶秸秆资源极其丰富,是一种宝贵的生物资源。甘蔗叶秸秆变废为宝,化害为利处理,已成为社会亟待解决的问题。实现甘蔗叶秸秆资源化利用,关键在于解决甘蔗叶秸秆如何高效回收。目前使用的秸秆打捆机会出现喂入口堵塞、卷捆不畅等问题。为此,通过虚拟样机技术对目前使用的秸秆打捆机进行结构改进和仿真分析实验,应用SolidWorks软件建立改进前和改进后打捆机的三维实体模型,再应用ANSYS和ADAMS软件对打捆机整机进行仿真分析。通过对改进前和改进后两款打捆机进行力学分析和仿真实验,结果表明:打捆机喂入机构增加喂入对辊和碾压对辊,可大幅提升打捆机的喂入能力;卷捆室钢辊优化排列和钢辊表面结构优化可大幅提升卷捆室的卷捆能力,一定程度上解决打捆机喂入口堵塞、打捆不畅等问题,为秸秆打捆机后续创新设计提供理论支持。     

基于小型秸秆圆捆机的秸秆摩擦特性研究

针对水稻与甘蔗秸秆利用小型秸秆圆捆机收集打捆效率低的现状,研究了圆捆机卷捆室内打捆的情况,为圆捆机的结构改进提供必要的理论和技术依据。秸秆能否在卷捆室顺利形成草芯主要涉及辊子与秸秆的摩擦因数的问题。为此,利用自制的滑动摩擦因数测试装置,对秸秆进行摩擦特性试验研究,采用三因素三水平的正交旋转组合试验设计方案,探究秸秆含水率、取样部位以及滑板材料3个变量因素对摩擦因数的影响规律。结果表明:含水率对稻秆影响最大,滑板材料对甘蔗叶影响最大,3种滑板材料都是与橡胶的摩擦因数最大。由此得出:小型圆捆机卷捆室内下半部分辊子可以考虑选用橡胶沿着钢辊锯齿形凸起表面贴紧的方式,这种胶辊对快速形成草芯更有利。     

基于ADAMS和ANSYS Workbench的秸秆粉碎抛送装置仿真分析

为选择玉米秸秆打捆机粉碎抛送装置刀轴排列的最佳装配方案,利用多体动力学仿真软件ADAMS分别对采用单螺旋线、双螺旋线及对称排列装配方案的刀辊进行仿真分析,得出双螺旋线排列方案性能最佳。利用ANSYS Workbench对双螺旋线排列方案进行模态分析,通过结果图可以得到最低临界转速为6 109.8r/min,而实际上粉碎刀轴在工作时的转速范围是1 800~2 000r/min,所以刀轴满足实际工作的需求。本文为改装玉米秸秆打捆机提供有效数据,更为合理设计打捆机粉碎部件提供理论依据。     

Solidworks在抛送式棉秸秆粉碎还田机设计中的应用

随着计算机辅助设计技术的发展,以Solidworks为代表的三维设计软件已广泛应用到农业机械设计中。通过Solidworks软件对抛送式棉秸秆粉碎还田机进行虚拟样机设计,建立整机的三维模型,完成结构及尺寸检查;对动刀辊进行运动仿真,完成动刀辊动平衡检验;对甩刀进行有限元分析,完成甩刀强度校核。由此为抛送式棉秸秆粉碎还田机的设计提供了参考。     

动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置设计与试验

设计了适用于卧式玉米秸秆粉碎还田机的动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置,该装置利用等滑切角式粉碎定刀和随粉碎刀辊高速旋转的粉碎动刀形成的支撑滑切作用对秸秆进行粉碎。其中等滑切角式粉碎定刀刃口曲线采用对数螺线方程,粉碎动刀设计为并联直刀和L改进型弯刀组合结构。结合玉米秸秆的特性,明确了各关键部件的参数,并运用ANSYS-Workbench软件对粉碎定刀进行了静强度校核和对粉碎刀辊进行了模态分析,得出了粉碎定刀的应力分布图和粉碎刀辊的前6阶固有频率和振型;粉碎定刀最大应力发生在刀片上端部后侧,最大应力为13841MPa,刀片材料满足要求;〖JP3〗粉碎刀辊最低阶数的固有频率为102.62Hz,高于其工作激励频率23.3~30.Hz,不会形成共振。田间试验表明,当动定刀支撑滑切式秸秆粉碎装置刀辊转速为1600r/min时,其秸秆粉碎长度合格率可达91.5%,相对无支撑切割（1800r/min）可降低作业功耗17.4%。     

螺旋齿辊式秸秆调质装置性能试验

利用所研制的螺旋齿辊式秸秆调质装置试验台,采用调质齿辊差速转动方式对摘穗后玉米秸秆进行压裂、破节的连续调质正交试验,分析了调质齿辊工作间隙、调质齿辊转速及秸秆喂入速度对秸秆调质性能的影响.试验结果表明,调质齿辊工作间隙对秸秆调质作业性能影响显著,最优参数组合为调质齿辊工作间隙2 mm,调质齿辊转速65 r/min,秸秆喂入速度4 km/h.     

4JSM-2000B型残膜回收机棉秆粉碎装置设计与试验

地膜残留现已成为影响新疆棉区可持续发展的主要因素,而现有的残膜回收机具大多存在含杂率高的问题。为解决上述问题,研制了一种新型棉秆粉碎装置,主要由悬挂架、动力传递系统、刀片及刀辊等部件组成。该机采用螺旋单侧输出搅龙,将粉碎后的棉秆侧抛至地面,降低了残膜含杂率。设计了刀片线速度、刀辊旋转半径、刀辊转速及螺旋输送机构,并确定其结构尺寸。田间试验结果表明:当刀辊转速2200r/min、刀片离地高度60mm、机具作业速度1.5m/s时,棉秆粉碎合格率为90.2%,本研究可为棉秆粉碎装置的设计与改进提供理论支持。     

麦草秸秆粉碎特性的试验研究

秸秆粉碎装置是秸秆还田机的主要工作部件.为此,通过输送带前进,将均匀铺放在托板上的秸秆喂入自行设计的秸秆粉碎装置来模拟机车前进,对秸秆进行粉碎室内试验.先通过预试验确定了喂入量及动定刀的搭配形式;然后以壳体包角、刀辊转速、动定刀间隙为试验因素,以秸秆的粉碎质量、粉碎功耗为试验指标,对麦草秸秆进行了粉碎试验,建立了粉碎质量和粉碎功耗的数学模型;分析了粉碎装置结构、运动参数对粉碎质量、粉碎功耗的影响规律,优化确定了粉碎装置的最佳结构和运动参数.同时,利用灰色系统理论,研究了动刀速度对刀辊转矩、粉碎质量、粉碎功耗3者影响关系,为麦草秸秆还田机的制造和应用提供了依据.     

自解捆式果园秸秆覆盖机设计与试验

针对果园秸秆覆盖机不适应捆状秸秆、装载量小以及覆土装置易被碎石卡死问题,设计了一种自解捆式果园秸秆覆盖机。该机型由履带底盘、料箱、解捆铺料装置和覆土装置等组成。解捆铺料装置为齿带式结构,安装于料箱后部。为适应多种秸秆捆尺寸,提高抓料解捆能力和铺料均匀性,通过对解捆铺料过程分析确定了解捆铺料装置高度、倾角和齿带转速等关键参数范围;为了实现切绳和破捆过程滑切减阻,设计了三角形拨料刀齿,并基于刀齿对秸秆的扰动区域分析,对刀齿排布进行了设计;设计了一种双向对抛式覆土装置,同步对秸秆层进行薄土盖压。试验结果表明：覆盖机的秸秆装载量提高到原来的3.1倍;当覆盖机车速在0.8~1.4km/h,解捆铺料装置齿带转速在180~240r/min时,秸秆覆盖层厚度为5.1~18.1cm（标准差小于等于3.4cm）,薄土盖压层厚度为2.3~4.0cm,无卡死现象,满足作业要求;建立的秸秆覆盖厚度模型决定系数为0.9672。该机实现了秸秆解捆、行间覆盖与薄土盖压一体化作业。     

4 YZPDK-4玉米收获秸秆打捆一体机的设计和试验

针对目前我国玉米秸秆回收利用率不断增长的实际需求和穗茎兼收型玉米收获机有效供给相对不足等问题,研制了一种玉米收获秸秆打捆一体机,前割台进行玉米果穗收获,中部通过甩刀式秸秆切碎装置对秸秆进行切碎收获和打捆装置打捆,使机器同时进行玉米果穗收获与秸秆打捆收获。为此,对整机机构及关键部件进行了理论分析,确定了整机结构参数;以机具前进速度、粉碎刀辊转速、打捆装置输入转速作为试验因素对草捆密度进行三因素三水平二次回归正交试验;通过Design-Expert 8. 0. 6数据分析软件,建立各因素与指标的响应面数学模型,分析了各因素与评价指标之间的关系,并对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对草捆密度均有显著影响,影响主次顺序为粉碎刀辊转速机具前进速度打捆装置输入转速;各试验因素最优参数组合:机具前进速度为0. 53m/s,粉碎刀辊转速为1 747r/min,打捆装置输入转速为711r/min,对应的草捆密度为180. 676kg/m~3。根据该试验参数组合,进行田间试验验证,得到评价指标与理论优化值相差0. 876kg/m~3,相对误差为0. 48%,优化预测模型可靠。该研究实现了玉米果穗收获和秸秆打捆一体化,为穗茎兼收型玉米收获机提出了新的思路,可为畜牧业饲料收集提供新的途径。     

联合收割机配套稻秸秆粉碎还田装置设计

针对稻秸秆粉碎装置对含水率较高的青秸秆工作时会出现粉碎不充分、机具堵塞、还田不均匀等问题,设计了一种悬挂在联合收割机后面的新型稻秸秆粉碎还田装置。该装置采用滚刀式的切割方式,设置有输送绞龙和专门的还田装置,采用结构设计的方式提高秸秆还田机具的秸秆粉碎长度合格率,降低秸秆还田不均匀度,对装置完成研制并对其进行了台架试验。     

秸秆精粉再利用混合机研究

为了提高玉米秸秆及玉米芯的综合利用率,以秸秆精粉再利用混合机作为研究对象,对其主要工作部件螺旋搅拌机构和抛料装置参数进行设计及试验分析。结果表明:螺旋搅拌机构在保证搅拌效率的同时还要保证输送生产量、抛料装置在确保混合均匀度及抛送高度和抛送距离时,生产率要大于螺旋搅拌机构输送量,才能保证机器正常运转,不发生堵料现象。在试验基地按照相关标准和试验报告对物料的混合均匀以及整机生产率进行检验,均达到了预期设计目标。该机现场作业时,可一次性完成对物料的搅拌、混合及翻料,从而降低了劳动强度,提高了生产效率。     

秸秆粉碎集中全量深埋还田机设计与试验

针对我国玉米秸秆量大,生产应用的还田机具还田深度浅,存在影响后续播种、出苗质量、病虫害发生率高和深层土壤“碳饥饿”等问题,设计了一种秸秆粉碎集中全量深埋还田机,可一次完成秸秆捡拾、粉碎、输送、深松开沟、集中遁注掩埋和碎土镇压等作业,在有效减少土壤扰动下能够将多行站立或粉碎后秸秆集中埋入地表下一条深380～400mm的沟内。阐述了秸秆粉碎集中全量深埋还田机整机结构及工作原理,对秸秆螺旋输送装置、抛压风机、深松开沟遁注装置和传动系统等关键部件进行了设计与计算,初步确定了螺旋输送装置与抛压风机转速、风机出料口尺寸和遁注体截面形状参数,并对抛压风机与遁注体腔体内部进行了流场模拟分析与验证。按照设计要求对秸秆粉碎集中全量深埋还田机进行了试制,并进行了机具性能与大田定位试验,结果表明：在作业速度3km/h时,秸秆捡拾率为90.8%,开沟深度与秸秆掩埋深度均值分别为394mm与200mm,开沟深度与秸秆掩埋深度稳定性系数分别为97.4%和92.5%,各项指标与设计值相符,且满足农艺要求。同时大田定位试验结果表明,秸秆集中深还田与传统还田相比,0～200cm土壤贮水量提高29mm,20～40cm土层有机碳、全氮和速效磷养分含量分别增加7.14g/kg、0.59g/kg、1.53mg/kg,有效增加了土壤养分含量,提高了深层土壤肥力与贮水能力。     

秸秆粉碎还田机甩刀的设计

甩刀是秸秆粉碎还田机的重要工作部件。为此,阐述了秸秆粉碎还田机机用甩刀的工作过程,指出了现有刀片的优缺点,对秸秆粉碎还田甩刀的形状、速度、排列方式、数量、耐磨性及刀辊平衡等方面进行分析,设计出一种秸秆粉碎还田组合Y型甩刀。同时,应用Solidworks软件对其进行创新结构设计,利用Solidworks内含的有限元模块,对新刀片进行有限元静力学分析,优化其设计参数。     

基于ADAMS的粉碎辊锤爪不同排列的振动性能

以秸秆粉碎破茬联合作业机粉碎辊为研究对象,采用了PRO/E三维软件建立粉碎辊实体模型,利用机械系统动力学分析软件ADAMS对粉碎辊锤爪不同排列进行了仿真,并对其振动性能进行了研究分析,基于仿真实验结果给出粉碎辊锤爪最优的排列方案.