正反转动力式玉米切茬防堵装置设计与试验

针对西南地区免耕播种作业存在秸秆覆盖量大、秸秆整杆覆盖和地块较小的问题,该研究基于有支撑切割原理设计了一种正反转动力式切茬防堵装置。通过参数分析设计了仿生切茬圆盘刀,对防堵装置进行力学和运动学分析揭示其防堵机理。基于离散元法建立防堵装置的数值仿真模型,选取机具前进速度、刀盘间距、正转转速和反转转速为试验因素,以粘结键断裂数量和功率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,得到防堵装置的最优参数组合为：机具前进速度0.98 m/s、刀盘间距60 mm、正转转速150 r/min、反转转速313 r/min。根据最优参数完成样机试制,并进行田间试验。田间试验结果表明,秸秆覆盖量为1.63 kg/m2时,防堵装置对玉米秸秆的平均切断率为95.72%;机具通过性合格,满足西南地区免耕播种作业要求。该研究可为秸秆覆盖量大和秸秆整杆覆盖条件下免耕播种机的设计与改进提供参考。     

果园秸秆覆盖机弹齿式解捆防堵装置设计与试验

针对果园秸秆覆盖机解捆铺料装置易堵塞问题，该研究基于秸秆解捆过程力学分析，设计了一种弹齿式防堵装置。首先建立防堵装置-秸秆捆离散元模型，通过EDEM仿真比较了加装和未加装防堵装置情况下秸秆扰动情况和出料口秸秆密度变化，阐释了解捆铺料作业过程中秸秆堵塞的形成机制。与未加装防堵装置的仿真结果相比，在刀齿线速度2.3 m/s、秸秆捆前进速度0.05 m/s下，加装防堵装置后出料口内侧秸秆平均密度降低了46%，出料区单位质量流率下的解捆阻力矩降低了28.1%，表明防堵装置可有效降低刀齿扰动区域和出料口秸秆密度，避免秸秆在下料口滞留和高压区形成，进而降低解捆阻力矩。以解捆铺料装置阻力矩标准差为指标开展正交试验，得到最佳工作参数为解捆铺料装置主动辊转速225 r/min、刮板主动辊转速5.0 r/min、弹齿间距100 mm。验证试验表明，与未加装防堵装置相比，185、225和265 r/min三个解捆铺料装置主动辊转速下（刮板主动辊转速和弹齿间距不变），解捆铺料装置阻力矩标准差降低率分别为29.5%、34.0%和30.7%，同时平均阻力矩和峰值阻力矩降低率分别为16.1%和28.5%，所设计的防...     

阿基米德螺线型破茬开沟和切拨防堵装置的设计与试验

针对东北保护性耕作区玉米垄作农业技术对研发免耕播种机的要求,该文以阿基米德螺线为基础,分析了缺口圆盘刀破茬性能和理想种床对破茬刀的技术要求,进行了阿基米德螺线型缺口圆盘破茬刀的结构优化以及最优参数的优选,研制了破茬开沟和切拨防堵装置。田间试验表明,破茬开沟装置能开出"V"形沟,2片螺线型缺口圆盘刀直径为350 mm、入土深度为40 mm时,播种开沟宽度为28 mm;切拨防堵装置单片圆盘破茬装置质量为113 kg、破茬深度为70~100 mm时,开沟宽度为40~50 mm,清垄部件清垄宽度为210 mm,均达到了农业技术要求。同时,确定提高破茬率切拨防堵装置的最佳工作参数:机器前进速度为2.22 m/s,配质量为113 kg,破茬圆盘刀入土深度为7.50 cm;得出各因素对破茬率影响的主次顺序为机器配质量机器前进速度入土深度。该研究为高留茬模式和高留茬碎杆覆盖模式的保护性耕作地区的免耕播种作业提供了参考。     

免耕播种机有支撑滚切式防堵装置设计与试验

针对玉米秸秆覆盖、留茬地免耕播种时存在根茬和玉米秸秆不易破除等问题,设计一种同时设有被动卧式旋转部件和主动卧式旋转部件的有支撑滚切式防堵装置,通过试验和理论分析的方法分别设计被动切割刀片和主动切割刀片,其中被动切割刀片的刀刃曲线采用等滑切角曲线,主动切割刀片的刀刃曲线采用阿基米德螺线。为确定刀刃曲线最佳参数进行土槽试验,分别对主动卧式旋转刀具和被动卧式旋转刀具进行二次旋转组合试验,运用Design-Expert软件建立各因素与各指标之间的回归方程,得出最佳参数组合为:主动卧式旋转刀具转动速度为120 r/min、主动切割刀片回转半径为240 mm;被动切割刀片回转半径为185 mm,被动切割刀片作业深度为95 mm;并此状态下进行田间验证试验,得出玉米秸秆根茬切断率平均值为91.3%,单把主动刀片功率消耗平均值为145.2 W,该研究可为玉米留茬覆盖地免耕播种机整机设计提供参考。     

蒸汽式扇贝开壳装置工作参数优化

为了得到蒸汽式扇贝开壳装置蒸汽工作参数的最优匹配,提高扇贝深加工的产品品质,以开壳效果感官评分值为考察目标进行单因素试验,明确影响开壳效果的蒸汽喷射时间、喷射距离和蒸汽排量的最佳取值范围。采用Box-Behnken design试验设计方法进行了扇贝开壳组合试验,建立了扇贝开壳效果感官评分值与喷射时间、喷射距离和蒸汽排量之间的数学模型,并采用响应面优化分析法,得到了蒸汽式扇贝开壳装置的最佳工作参数匹配。结果表明:采用蒸汽发生器,压强控制在0.3~0.4 MPa、温度控制在142.92~151.11℃,当喷射时间设定在3.5 s、喷射距离设定在30 mm和蒸汽排量设定6 mm球阀门开度为90°,扇贝开壳率为93.3%,开壳效果感官评分值为94.53分。该研究为即食扇贝加工设备的设计提供参考。     

梳刷振动式枸杞收获装置设计与运行参数优化

针对目前中国枸杞人工采收效率低、成本高的问题,该文采用梳刷振动相结合的采收方式,设计了梳刷振动式枸杞收获装置,并进行了试验。首先基于ADAMS软件建立了枸杞果实、枝条模型与梳刷振动机构模型。枸杞果实、果柄间连接力采用广义力连接,通过设置传感器来监测果柄断裂条件,实现了枸杞果实、果柄在外力作用下的分离过程控制。通过仿真分析,确定了收获装置的梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度3个因素为影响采收效果的主要因素。然后以梳刷转速、圆盘转速(振动频率)和振动幅度为因素,以采收效率、成熟枸杞采收率、青果脱落率以及成熟枸杞破损率为评价指标,进行了田间试验,试验结果表明:在梳刷转速80 r/min、圆盘转速100 r/min、振动幅度80 mm的因素水平组合下采收效率为13.12 kg/h,成熟枸杞采收率为87.46%,青果脱落率为13.81%,成熟枸杞破损率为2.82%,采收效果最佳,相比于其他单一原理的采收机构,本装置既达到了较高采收效率与成熟枸杞采收率,也保证了相对较低的青果脱落率与成熟枸杞破损率。该文可为枸杞机械化采收机械的设计提供理论依据与数据支撑。     

基于模态置信度准则的插秧机支撑臂模态分析与结构优化

针对高速插秧机栽插机构动力传输过程中的振动问题,该文以2ZG-6DK插秧机为研究对象,分析了栽插系统动力传输方式及工作原理;利用Solid Works软件对插秧机动力传输系统中关键部件支撑臂进行建模,将模型导入ANSYS Workbench并结合Lanczos Method解算方法求解模态固有频率和振型,在此基础上开展基于MAC(modal assurance criterion)准则优化的模态试验,验证了有限元理论分析的准确性。为使支撑臂固有频率避开外部激振频率,在分析外部频率激振特点的基础上,基于ISIGHT多学科软件平台,采用序列二次规划法对支撑臂结构参数进行优化。研究结果表明:优化后支撑臂侧壁腔体厚度5.7 mm、横梁宽度42.0 mm、臂长497.0 mm,前4阶模态频率分别调整至135.17、204.23、483.14和702.32 Hz,均可避开插秧机汽油发动机激振频率范围86.67~120 Hz。优化后1阶频率下振动幅度衰减最为明显,振动幅值最高下降9.4%,支撑臂低频振动特性得到明显改善。研究结果可为插秧机的振动特性分析与减振设计提供参考。     

分流式灌水器结构优化设计与试验

水力性能和抗堵性能是评价灌水器性能的2个重要指标,但两者在对灌水器流道的结构要求上存在本质的矛盾,目前缺少有效的灌水器结构优化方法。为了定量优化出2方面性能都比较优越的流道结构,该文将渐缩、渐扩、分流等增大局部压力损失的方法应用到灌水器流道设计中,设计了一种分流式灌水器,提出基于灰靶理论的灌水器流道多目标优化方法;将正交试验方法和灰靶理论相结合,进行面向水力性能和抗堵性能的灌水器流道多目标优化。研究结果表明,当给定水力性能和抗堵性能权重均为0.5时,最优结构参数水平组合为A3B4C2D4,此结构的流道流态指数为0.5150,粒子通过率为88.504%,综合考虑了水力性能和抗堵性能2个目标。通过试验验证,该方法是灌水器流道结构设计与定量优化的有效方法。     

气体射流冲击干燥机气流分配室流场模拟与结构优化

为了改善气体射流冲击干燥机气流分配室流场结构,提高喷管速度分布均匀性,以气体运动微分方程和RNGk-ε湍流模型为基础,利用计算流体动力学软件Fluent对气流分配室内气流流场进行了三维数值模拟,得到了热气流在气流分配室内的流动特征,并对原模型结构进行改进,提出了3类优化方法,同时将最优模型的预测值与试验数据进行了比较。计算结果表明,气流分配室原始结构的速度矢量在气流腔室内部形成2个左右对称的反向涡流区,对应喷管出口速度分布沿高度方向呈先减小后增加的趋势,设计工况下速度偏差比和速度不均匀系数分别达到24.6%和18.1%;减小分配室下端宽度这一常见思路并不能改善气流分配室的速度分布均匀性,而扰流模型则被证明是可行的;平板扰流模型的效果优于半圆柱扰流模型,其最佳结构参数为平板间距为160mm且第一块平板较喷管轴线高14mm,速度偏差比降为7.7%,而速度不均匀系数仅为4.7%,数值模拟结果与试验数据最大偏差不超过8%。该文的研究思路对类似于干燥机气流分配室结构的均匀性设计提供了参考。     

稻麦联合收获机分段式脱粒装置设计与优化

针对纵轴流联合收获机在收获稻麦时出现的脱粒不彻底、分离不完全等问题,该研究设计了一种分段式纵轴流脱粒分离装置。该装置主要由锥形脱粒滚筒、脱粒强度可调式凹板筛、360°分离式凹板筛、作业参数电控调节系统等构成。通过单因素试验,分别获得了脱粒强度可调式凹板筛的开关板针对小麦和水稻脱粒的最佳开关状态。为寻求装置作业参数对脱粒效果的影响规律及最优参数组合,进行了多目标优化试验。以滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、凹板筛分离间隙及喂入量作为影响因素,以破碎率、损失率、脱出物含杂率为试验指标,建立了破碎率、损失率、脱出物含杂率的数学模型。试验结果表明:各因素对破碎率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、凹板筛脱粒间隙、导流板角度、喂入量、凹板筛分离间隙;对脱出物含杂率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙;对损失率影响的显著性大小顺序为滚筒转速、导流板角度、凹板筛脱粒间隙、喂入量、凹板筛分离间隙。通过多目标参数优化分析,确定装置进行小麦脱粒的最优作业参数组合为脱粒滚筒转速905 r/min、导流板角度69°、凹板筛脱粒间隙18 mm、凹板筛分离间隙19 m...     

粪草比对干式厌氧发酵产沼气效果的影响

弄清粪草比对干式厌氧发酵产气效果的影响,对改进干式厌氧工程具有重要意义。该文按A、B、C、D设计了4组试验：A组为单独猪粪,B组为单独稻草,C组为猪粪与稻草质量比2︰1,D组为猪粪与稻草质量比1︰2。试验进行了62 d,反应温度设定为（35±1）℃,各组反应的TS（总固体）浓度均为30%。结果显示,产气曲线出现拐点的时间A组在第48 d,B组在第40 d,C组在第26d,D组在第25 d。C、D两组总产气量分别为15715 mL和13186 mL。而根据A、B两组单独原料产气量推算,C、D两组的产气潜力分别为15168 mL和13838 mL。实际测量值与计算值没有显著差别。调节粪草比可以从原料转化速率方面促进发酵效率,并不能提高原料的产气潜力。因此,粪草比改善的优势可能是改良原料结构和调节原料营养,而不是改善发酵原料的转化潜力。     

油菜直播组合式埋茬防堵装置设计与试验

针对长江中下游地区油菜机械化种植时土壤黏重板结、前茬秸秆留茬高、残留量大,致使油菜直播机旋耕及深施肥部件易出现秸秆缠绕、壅土堵塞等问题,导致秸秆埋覆率低、种床厢面起伏不平,影响种床质量的生产现状,该研究设计了一种适用于高茬黏重稻茬田的油菜直播机组合式埋茬防堵装置。该装置主要包括埋茬弯刀和双刃旋耕刀,刀片在筒状刀轴上整体呈人字型排布,通过埋茬弯刀和双刃旋耕刀配合作业,可防止旋耕及深施肥部件秸秆缠绕和黏附堵塞,实现黏重土壤细碎、高茬秸秆埋覆和厢面平整。开展理论分析与EDEM仿真,确定了埋茬弯刀回转半径为245 mm,正切面弯折线角为27 °、弯折角为125 °,作业幅宽为75 mm,防堵直刀回转半径为275 mm,刃磨角为15 °。田间对比试验结果表明：装有组合式埋茬防堵装置的油菜直播机在高茬黏重地表作业通过性好,未出现秸秆缠绕和黏土堵塞,厢面平整度为19.19～22.14 mm,相较于普通旋耕装置,秸秆埋覆率至少提高27.19个百分点,埋茬防堵性能良好,种床质量满足油菜直播农艺要求。研究结果可为高茬黏重工况下的种床整备装置开发提供参考。     

玉米免耕播种机主动式秸秆移位防堵装置的设计与试验

针对黄淮海麦玉轮作区小麦秸秆全量还田下苗床整备前存在多机具多次下田、生产成本高以及传统玉米免耕播种机在小麦秸秆全覆盖地作业时存在开沟壅堵、架种、晾种等问题,该文设计了一种基于"秸秆移位"防堵思路的主动式秸秆移位防堵装置。运用EDEM软件构建无支撑秸秆全覆盖土壤离散元模型,在秸秆-土壤-主动式防堵装置系统中进行秸秆移位虚拟仿真,设定了主动式秸秆移位防堵装置的刀轴驱动转速为500 r/min、回转半径为120 mm、刀盘幅宽为216 mm及刀齿入土深度为10 mm,利用仿真数据对秸秆扰动位移、清秸率进行分析,检验主动式秸秆移位防堵装置结构参数和运动参数设计的合理性。田间试验结果表明,安装主动式秸秆移位防堵装置的玉米免耕播种机的作业通过性稳定,改善种床环境,开沟壅堵次数为0次,秸秆清秸率为90.21%,相比仿真减少8.29个百分点。该研究可为小麦高留茬、秸秆全覆盖地的玉米免耕播种机的设计与推广提供参考。     

畜禽粪污固液分离机断齿螺旋脱水装置运行参数优化

固液分离是畜禽粪便后续处理利用的重要环节,针对现有固液分离机处理高浓度粪污混合物存在效率低、分离效果差等问题,该文设计了一种断齿螺旋脱水装置,以高浓度猪粪为试验对象,采用Box-Benhnken中心组合试验对断齿螺旋脱水装置的工作参数进行了优化试验,以螺旋转速、间断距离、配重位置为影响因素,以分离效率和挤出物含水率为目标函数,建立了影响因素与目标函数之间的多元数学回归模型。通过试验并结合生产实际,最终获出最佳工作参数组合为:间断距离37 mm,转速56 r/min、配重块处于配重杆309 mm位置处(相对位置),此时分离效率为5.43 m3/h,挤出物含水率为53.52%,试验结果与理论优化值间的误差小于10%,最优参数组合下固体回收率实测值为54.91%,表明该文得出的多元数学回归模型与真实值间的拟合度较高,可为高浓度粪污混合物固液分离机的设计与应用提供参考。     

圆盘式甜菜收获机自动导向装置的参数优化与试验

为了提高圆盘式甜菜收获机的对行收获质量,该文结合导向装置的结构及工作特点,分析了导向机构的受载及运动特性,得到了导向机构在运动过程中的加速度方程,并确定了影响导向对行效果的关键参数。采用响应面优化设计方法,建立了关键参数与导向损失率之间的数学模型,确定了较优的参数组合(弯角为145°,安装角为8°,水平长度为240 mm)。田间试验表明:导向装置可实现甜菜收获机的自动导向对行收获,收获损失率为5.12%,且满足甜菜收获机收获质量的行业标准(NY/T 1412-2007)。研究结果可为同类甜菜收获机的研发和单株块根作物的导向对行收获研究提供参考。     

沼液滴灌系统灌水器堵塞模型构建及系统参数优化

在沼液滴灌工程实际生产应用中,为有效预防灌水器发生堵塞,提高沼液滴灌系统运行的可靠性,该文以实际沼气工程发酵剩余的沼液为试验样本,从满足作物生长需求、合理调控系统运行模式的角度出发,以沼液滴灌系统水肥配比、灌水压力、滴头流量为影响因素,以灌水器的平均相对流量和首次发生堵塞的时间为试验指标进行试验研究,建立了沼液滴灌系统灌水器堵塞预测模型。试验采用响应曲面法,利用Design-Expert8.0.6软件回归分析法和响应面分析法,建立了3个因素对沼液滴灌系统灌水器堵塞影响的数学模型,对所建立的数学模型进行了试验性验证。试验分析结果表明:水肥配比、灌水压力和滴头流量对沼液滴灌系统灌水器平均相对流量和首次发生堵塞时间的影响都是显著的,且影响主次顺序均为:滴头流量>水肥配比>灌水压力。在较大的水肥配比和滴头流量条件下,平均相对流量最大,首次发生堵塞时间最长;当灌水压力取适当的中间值时,灌水器抗堵塞性能较好。响应曲面法优化后获得的最佳综合堵塞模型指标为:水肥配比为3:1,灌水压力为0.14 MPa,滴头流量为12 L/h,在该条件下,平均相对流量为0.83,堵塞时间为55 h。经试验验证,实测值与模型理论值的平均相对误差小于4%,表明模型预测效果良好,能够较为准确地预测灌水器堵塞风险和首次发生堵塞的时间。     

对辊式红花采收装置参数优化及试验

为了提高对辊式红花采收装置的作业质量,以"裕民无刺"红花品种为试验对象,利用搭建的对辊式红花采收试验台,以对辊间隙、胶辊直径和胶辊转速为影响因素,采净率、掉落率和破碎率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-Expert 6.0.10软件,建立了评价指标与诸影响因素的数学回归模型,分析了显著因素对评价指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:胶辊直径40 mm、对辊间隙0.5 mm和胶辊转速1 400 r/min。根据优化参数组合,选取开花后1~5 d(含水率为44.6%~78.4%)的红花进行采收试验,试验结果表明:在优化参数组合下,红花采净率90.02%,掉落率2.46%,红花破碎率3.04%;在该试验参数组合,对含水率为22.9%~29.5%干花进行采收,出现大量红花残留在果球表面,作业质量急剧下降现象,因此红花适时收获时间为开花期1~5 d为宜。通过在新疆塔城地区裕民县进行红花田间采收试验,表明该采收装置能够满足红花采收的技术要求。上述研究成果丰富了红花采收技术,也为辊式采收机具的设计提供参考依据。     

振动深松试验台作业参数减阻减振优化

振动深松具有降低耕阻的作业优势,但振动对驾驶员造成的负面影响是制约其推广使用的主要因素之一。该文采用二次回归通用旋转设计,考察深松铲振频、振幅、前进速度3个工作参数与耕阻、振动2个试验指标的关系,利用Design-Expert响应面分析法,得到2个指标的回归模型,并进行优化分析。综合分析得到一组减阻减振的优化解:振幅21 mm、振频4.2 Hz、前进速度3.4 km/h,在该组工作参数下,与非振动深松相比,振动深松的耕阻最大值变化较小,耕阻最小值、平均值分别减小46.2%、16.6%。     

畜禽粪便与秸秆厌氧-好氧发酵气肥联产碳氮元素变化研究

传统沼气工程的气肥联产工艺中,厌氧发酵产气与好氧发酵产肥互相独立,产气和产肥周期均较长、有机肥品质差,影响工程的高效运行。为缩短发酵周期、提高产气效率和有机肥品质,该研究将猪粪、鸡粪和秸秆混合进行15和30 d的干法厌氧发酵,将得到的沼渣添加秸秆辅料混合,分别设置65%和70%的发酵物料初始含水率进行15 d的高温好氧发酵,对比分析了不同厌氧-好氧发酵组合对产气和产肥的影响。结果表明:厌氧发酵阶段,混合物料的日产气率自发酵开始后逐渐上升,并在第8天达到最高峰,至第15天降至峰值的50%以下,此时累积产气量达到30 d发酵周期的71%,平均容积产气率达到1.91 m~3/(m~3?d),比发酵30 d平均容积产气率高41.5%。好氧发酵阶段,各处理组碳元素含量持续下降,氮元素含量先下降后增加,所得发酵产物均达到腐熟标准。采用15 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵,所得发酵产物的电导率、腐殖化程度和发芽指数均优于采用30 d厌氧发酵所获得的沼渣进行好氧发酵所得的发酵产物,同时总有机碳和总氮含量也较其分别提高了6.0%～21.7%和3.0%～10.2%,不同好氧发酵物料初始含水率对发酵产物的品质影响较不明显。因此,采用厌氧、好氧发酵周期均为15 d的组合,可缩短发酵周期、大幅提高产气效率和发酵产物的碳氮营养元素含量,有利于提高沼气工程运行效率和经济效益。