控速喂入柔性脱粒机理研究

利用高速摄影技术，分析了作物在控速喂入柔性脱粒装置内的受力和运动特点，研究了作物在脱粒装置内不同位置时的主要脱粒方式，并根据小麦和水稻对脱粒方式的不同要求，论述了该脱粒装置结构和运动参数的调整原则     

柔性齿与刚性齿脱粒水稻功耗比较分析与试验

柔性脱粒能减少刚性脱粒冲击所带来的水稻籽粒破损,对柔性脱粒的研究与应用早已引起了农机研究者的广泛关注。为了比较柔性齿滚筒与刚性齿滚筒脱粒水稻的功耗差异,该文将脱粒滚筒视为刚体,脱粒齿视为弹性体,脱粒过程视为柔性脱粒齿对水稻籽粒的碰撞冲击过程,通过分析比较刚性齿与柔性齿脱粒过程中冲量矩及对水稻籽粒打击力,建立了刚性齿脱粒滚筒与柔性齿脱粒滚筒的功耗模型,同时通过对刚性和柔性脱粒过程碰撞冲量和动能损失的分析比较,从理论上证明了柔性齿脱粒相对于刚性齿脱粒具有动能损失小、功耗低。试验结果表明在喂入量相同情况下,脱粒齿直径相同的刚性齿滚筒比柔性齿滚筒的转矩大,消耗的功率也大,验证了柔性脱粒能降低打击力与功耗的理论分析结果。     

油菜联合收获机种子籽粒脱粒装置结构及运行参数优化

为探究油菜联合收获机脱粒系统对油菜籽粒的收获效果,寻求较优的脱粒装置结构及运行参数,以喂入量、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速和脱粒元件型式种类为影响因素,油菜种子籽粒发芽率、脱粒损失为评价指标,开展油菜联合收获脱粒试验、发芽率试验及无损伤籽粒发芽率对比试验,探究了联合收获油菜籽粒的脱粒损伤机理。结果表明:影响油菜种子籽粒脱粒损伤的主次因素依次为脱粒元件型式、脱粒滚筒间隙、脱粒滚筒转速、喂入量;所选因素水平下,综合考虑脱粒损伤及损失,采用喂入量3.2 kg/s、脱粒滚筒间隙9 mm、脱粒滚筒转速856 r/min、全钉齿时为较优组合。分析表明:联合收获脱粒会对油菜种子籽粒造成损伤,影响脱粒损伤的直接因素为种子籽粒在滚筒内受打击次数及打击力大小;通过调整脱粒系统结构及运行参数,能够显著降低油菜的脱粒损伤及损失,本文为脱粒装置结构及运行参数的优化提供参考。     

油菜多滚筒脱粒分离装置的性能试验与分析

为了获取适合联合收获机多滚筒油菜脱粒分离装置的结构方式和工作参数,该文在自行研制的多滚筒脱粒分离装置试验台上进行不同喂入量、不同滚筒转速、不同脱粒凹板间隙和不同脱粒齿杆时的切轴流滚筒与横轴流滚筒组合式双滚筒脱粒分离装置（简称切轴双滚筒脱粒分离装置）与切轴流滚筒与双横轴流滚筒组合式3滚筒脱粒分离装置（简称切轴轴3滚筒脱粒分离装置）的脱粒分离性能对比试验。试验结果表明：采用切轴轴3滚筒脱粒分离装置,在喂入量为1.8 kg/s,切轴流滚筒、第Ⅰ横轴流滚筒、第Ⅱ横轴流滚筒的转速依次为800、850和900 r/min、凹板间隙依次为20、25和30 mm、脱粒齿杆均为3排钉齿的组合方案为脱粒分离装置的脱粒损失率最小的最优组合;通过正交试验分析,得出喂入量和滚筒转速是影响脱粒分离装置脱粒损失率的主要因素。研究结果可为研制多滚筒油菜联合收获机提供参考。     

差速式玉米种子脱粒机的性能试验

为优化差速式玉米种子脱粒机脱粒系统的有关参数,进而降低玉米种子在脱粒过程中的损伤,该文采用二次回归正交旋转组合设计的方法,以籽粒破碎率为主要性能指标,选取直辊转速、喂入量、籽粒含水率为试验因素,对差速式玉米种子脱粒机进行了性能试验。分析结果表明：籽粒含水率对破碎率的影响呈二次函数关系,籽粒含水率太大或太小,对籽粒破碎率的影响都很大;喂入量越小,籽粒破碎率就越小,当喂入量低于0.9 kg/s时,籽粒破碎率稳定,基本不受喂入量的影响;直辊转速越小,籽粒破碎率就越小;直辊转速、籽粒含水率和喂入量对籽粒破碎率的交互影响也很显著,当籽粒含水率在18%,喂入量在0.9 kg/s,直辊转速在200 r/min时,籽粒破碎率取得最小值。研究成果对进一步研究玉米种子的差速脱粒原理、优化脱粒系统参数、开发低损伤脱粒工艺具有重要的意义。     

正多杆变隙式油葵脱粒装置设计与试验

目前已有的油葵脱粒装置无法适用不同条件下的油葵脱粒需求,该文针对油葵在脱粒过程中油葵脱净率较低、籽粒破损率较高等问题,设计了一种基于多杆机构的变隙式油葵脱粒装置。重点介绍了变隙式油葵脱粒装置的结构及工作原理,并对变隙式凹板筛结构的间隙调节机构与角度调节机构进行运动学分析、通过运动轨迹分析和求解,确定了变隙式凹板筛可变间隙为20～60 mm。试制了变隙式油葵脱粒装置试验台,以滚筒转速、脱粒间隙、喂入量作为试验因素,以脱净率、破损率为指标开展正交试验,确定较优作业参数组合。试验结果表明:在脱粒过程中,影响油葵脱净率和籽粒破损率的因素主次顺序为脱粒间隙、滚筒转速、喂入量,较优作业参数组合为脱粒间隙35 mm、滚筒转速280 r/min、喂入量1.8 kg/s。在较优作业参数组合下进行重复试验验证,结果表明,油葵的平均脱净率为99.01%,籽粒破损率为2.28%,满足油葵脱粒作业需求。该研究的较优作业参数适用于该文试验的物料条件,实际作业中需调整脱粒凹板筛的直径大小,进而改变脱粒间隙等工作参数以适应不同条件下的油葵脱粒需求。研究结果可为后续油葵脱粒装置的设计提供参考。     

变隙式油葵脱粒装置设计与试验

目前已有的油葵脱粒装置无法适用不同条件下的油葵脱粒需求,该文针对油葵在脱粒过程中油葵脱净率较低、籽粒破损率较高等问题,设计了一种基于多杆机构的变隙式油葵脱粒装置。重点介绍了变隙式油葵脱粒装置的结构及工作原理,并对变隙式凹板筛结构的间隙调节机构与角度调节机构进行运动学分析、通过运动轨迹分析和求解,确定了变隙式凹板筛可变间隙为20～60 mm。试制了变隙式油葵脱粒装置试验台,以滚筒转速、脱粒间隙、喂入量作为试验因素,以脱净率、破损率为指标开展正交试验,确定较优作业参数组合。试验结果表明：在脱粒过程中,影响油葵脱净率和籽粒破损率的因素主次顺序为脱粒间隙、滚筒转速、喂入量,较优作业参数组合为脱粒间隙35 mm、滚筒转速280 r/min、喂入量1.8 kg/s。在较优作业参数组合下进行多次重复试验验证,结果表明,油葵的平均脱净率为99.01%,籽粒破损率为2.28%,满足油葵脱粒作业需求。该研究的较优作业参数适用于本文试验的物料条件,实际作业中需调整脱粒凹板筛的直径大小,进而改变脱粒间隙等工作参数以适应不同条件下的油葵脱粒需求。研究结果可为后续油葵脱粒装置的设计提供参考。     

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 mm、喂入量4 kg/s。在该参数组合条件下进行了田间验证试验,结果表明,与常规纵轴流脱粒装置相比,整机作业破碎率由1.46%降为1.00%,含杂率由1.85%降为1.43%,损失率由1.72%降为1.20%,各指标实测值与模型优化值的相对误差均小于5%,满足国家相关标准要求。该装置有效解决了破碎率高、脱粒不干净、分离不彻底的问题,研究结果可为纵轴流联合收获机脱粒装置的结构改进和作业参数优化提供参考和依据。     

水稻鼓形纵轴流脱粒滚筒杆齿优化与试验

与传统杆齿式圆柱形纵轴流脱粒滚筒相比,课题组前期研制的杆齿式鼓形纵轴流脱粒滚筒可有效改善轴向负荷,降低脱粒功耗。为进一步提升该滚筒性能,该研究对杆齿进行优化,设计了圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿3种形状杆齿,建立水稻籽粒与杆齿碰撞冲击力学模型,分析了影响功耗的杆齿结构参数。以黄华占水稻为对象,基于EDEM软件构建水稻植株离散元柔性模型,利用仿真试验建立滚筒轴向负荷监测器,探究圆柱杆齿、弯头杆齿和闭式弓齿在不同杆齿直径和脱粒间隙下对滚筒轴向负荷均匀性的影响,得出最佳杆齿结构参数为杆齿直径10 mm,脱粒间隙25 mm。以喂入量、滚筒转速和杆齿形状为试验因素,以脱粒功耗为指标开展三因素三水平Box-Behnken响应面试验,结果表明,最优结构参数下,圆柱杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量1.1 kg/s,滚筒转速900 r/min,功耗最低为4.61 kW;弯头杆齿式鼓形滚筒最优工作参数为喂入量0.95 kg/s,滚筒转速935 r/min,功耗最低为3.58 kW,确定将鼓形滚筒杆齿优化为弯头杆齿形状。分别开展仿真与台架对比试验,结果表明,优化后的弯头杆齿式鼓形滚筒较圆柱杆齿式鼓形滚筒的轴...     

纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的研制与试验

为了分析纵轴流联合收割机切流脱粒分离装置的脱粒分离性能,在自行研制的纵轴流脱粒分离清选试验台上,对钉齿和刀形齿切流脱粒分离装置进行了台架试验,测定了切流脱粒滚筒、强制喂入轮以及纵轴流复脱滚筒的功耗,分析切流脱粒分离装置的结构和运动参数对籽粒脱粒性能的影响。试验结果表明,切流脱粒分离装置的籽粒脱净率范围约为67.19%～82.37%,功耗约占脱粒总功耗的20%,刀形齿式切流脱粒滚筒消耗的功率较少,采用切流与纵轴流组合式脱粒分离装置的小麦脱净率均能达到99.90%以上,夹带损失率小于0.25%,配置刀形齿式切流脱粒滚筒的切流与纵轴流脱粒分离装置的总功耗较少,强制喂入轮和纵轴流复脱滚筒的功耗分别约占脱粒总功耗的14%和66%,研究结果对纵轴流联合收割机的研制具有指导意义。     

纵轴流脱粒装置水稻最佳脱粒分离参数预测与控制

在水稻脱粒过程中,脱粒滚筒的转速、凹板间隙、齿间距等是脱粒籽粒损失率和脱粒功耗的重要影响因素。为获得水稻联合收割机上纵轴流脱粒滚筒的最佳脱粒参数组合及可控范围,在自行研制的切纵流脱粒分离试验台上开展了水稻脱粒分离性能试验研究。对纵轴流滚筒在不同脱粒滚筒转速、凹板间隙、齿间距参数组合下进行水稻脱粒性能台架试验研究,并对试验结果进行回归分析和置信度分析。将获得的最佳操作参数置信区间用于控制纵轴流滚筒的水稻脱粒性能并预测其最优参数组合,同时进行了验证。结果表明,为将纵轴流脱粒滚筒的总损失率控制在0.33%以内且将脱粒功耗控制在46.36 kW以内,则具有95%置信度的纵轴流滚筒转速为772.61～905.74 r/min、脱粒间隙为22.18～37.93mm、齿间距为104.96～170.17 mm,其相应的纵轴流滚筒最佳转速为839 r/min、凹板间隙为30 mm、齿间距为138 mm。该研究对于降低纵轴流滚筒的脱粒功耗和籽粒损失具有重要意义,同时可为水稻联合收割机纵轴流脱粒滚筒最佳结构及参数设计提供参考。     

适应不同成熟度大豆的差速脱粒滚筒性能试验与分析

针对南方地区大豆草谷比和未成熟豆荚占比高，造成收获机脱粒清选分离质量差、功耗大等问题，设计了一种前后两段组合且两段转速差可调的脱粒滚筒，研究了脱粒滚筒参数变化对豆荚和籽粒的能量、等效形变量等的影响。以脱粒齿类型、前段滚筒转速、两段滚筒转速差为影响因素，以破碎率、未脱净率和夹带损失率为评价指标，得到了差速与非差速脱粒滚筒的最优参数组合，并通过综合性能试验对比了两种脱粒滚筒的脱粒质量、作业油耗和工作效率。结果表明，差速脱粒滚筒最优参数组合是脱粒齿类型为纹杆齿-杆齿组合式脱粒齿，前段滚筒转速为450 r/min，两段滚筒转速差为150 r/min。此时，相较于传统的杆齿式非差速脱粒滚筒，脱粒质量更高，油耗降低了2.7 L/hm²，最大作业效率增大了10.35%。该研究能够为解决南方地区大豆联合收获机脱粒装置适应性问题提供依据。     

基于人工击打脱粒原理的食葵脱粒装置设计与试验

针对食葵脱粒作业缺少专用机械装备、籽粒破损率高等问题,该研究基于人工击打脱粒原理,设计了一种食葵脱粒装置,脱粒时食葵盘面朝下模拟翻盘动作,锤杆被脱粒弹簧向上推动完成击打脱粒作业,借助输送带差速设计完成转盘作业。首先根据食葵盘及籽粒的物理特性,对脱粒部分及输送机构的结构参数进行设计和优化;再通过理论分析确定了影响未脱净率、破损率的关键因素。并试制了食葵脱粒装置试验台,以击打频率、脱粒通道间隙、弹簧压缩量为试验因素,以未脱净率、破损率为试验指标开展正交试验,确定了较优工作参数组合。结果表明：脱粒过程中,影响食葵盘未脱净率、籽粒破损率的因素主次顺序为击打频率、脱粒通道间隙、弹簧压缩量,较优工作参数组合为击打频率44次/min、脱粒通道间隙78 mm、弹簧压缩量25 mm,在较优参数组合下进行重复验证试验,结果表明,食葵未脱净率、籽粒破损率分别为8.12%、0.65%。研究结果可为食葵机械脱粒装备的研制提供参考。     

玉米果穗离散元模型构建与脱粒仿真验证

针对玉米脱粒离散元仿真中果穗模型难以表征籽粒分离和芯轴破碎的问题，该研究构建了玉米果穗聚合体离散元模型并进行脱粒仿真验证。基于玉米芯轴3层结构采用分层建模与网格划分方法建立玉米芯轴离散元模型，结合Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验、Box-Behnken试验和仿真弯曲试验标定粘结参数；以马齿型玉米籽粒为原型，采用五球粘结的籽粒-芯轴连接方式建立玉米果穗聚合体离散元模型，仿真标定籽粒与芯轴的连接力；最后模拟梯形杆齿、圆头钉齿和纹杆块3种脱粒分离机构的玉米脱粒进程。结果表明：玉米芯轴弯曲破坏力和弯曲刚度仿真结果与实测平均值的相对误差分别为-0.12%和-0.14%，籽粒果柄轴向压缩力和径向压缩力仿真结果与实测平均值的偏差分别为-1.8和2.46 N，3种脱粒分离机构脱粒段仿真区域内籽粒平均法向接触力依次为12.50、12.32和8.03 N，3种脱粒元件对籽粒平均法向接触力的递减趋势与台架试验的籽粒破碎率变化一致，根据籽粒与脱粒元件接触合力的累积频率曲线确定籽粒破碎率的临界接触合力为550 N，仿真未脱净率依次为0.15%、0.37%、0.35%，较台架试验结果分别偏小0.07、偏高0.04和偏小0.25个百分点，沿滚筒轴向籽粒质量分布百分比曲线均表现为正偏态单峰分布，脱粒仿真试验的曲线峰值分别比台架试验高1.03、1.86和0.85个百分点，两者脱粒质量相近。该玉米果穗聚合体离散元模型参数标定准确，能够准确反映籽粒和芯轴的力学特性差异，可还原玉米脱粒分离过程，为后续脱粒分离机构的优化提供参考依据。     

轴流螺旋滚筒式食用向日葵脱粒装置设计与试验

针对食葵脱粒过程中籽粒表皮划伤严重及未脱净率高等问题,该研究设计了一种轴流螺旋滚筒式食葵脱粒装置。脱粒元件为外径32 mm的螺旋管,对物料在脱粒空间的运移过程进行运动学与动力学分析,确定脱粒元件螺旋管螺旋升角为63°,螺距为2 800 mm。以葵花3638为对象进行台架试验,通过单因素试验探索喂入量、滚筒转速及脱粒间隙对籽粒未脱净率和破损率的影响,根据单因素试验结果,以喂入量、滚筒转速、脱粒间隙为影响因素,未脱净率和破损率为响应指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert软件建立响应指标与影响因素之间的数学模型,基于响应面法进行参数优化,获得脱粒装置在喂入量1.4 kg/s,滚筒转速300 r/min,脱粒间隙35 mm的参数组合下脱粒效果较好,此时未脱净率为0.55%,破损率1.76%。以优化参数组合进行验证试验,结果表明,未脱净率为0.59%、破损率为1.77%,与模型预测值的相对误差均小于5%。该装置未脱净率与破损率均低于现有向日葵脱粒机,满足向日葵机械化收获标准。该研究为食葵机械化收获装备的研制提供理论参考。     

切纵流联合收割机纵轴流滚筒长度设计与优化(英文)

为优化设计切纵流联合收割机纵轴流滚筒的长度,该文通过设计脱粒分离长度可变的纵轴流滚筒并进行喂入量为7 kg/s的水稻脱粒分离性能和籽粒分布试验,分析纵轴流滚筒下脱出混合物的分布规律,建立纵轴流滚筒的籽粒分布方程,计算纵轴流滚筒长度;通过计算纵轴流滚筒顶盖导流板的最佳导角对纵轴流滚筒长度进行优化,确定纵轴流滚筒长度的最佳值并进行水稻脱粒分离性能试验。结果表明,在水稻喂入量为7 kg/s,纵轴流滚筒顶盖导流角为7.64°时,优化后的纵轴流滚筒长度最佳值为3 159.77 mm,经优化后的纵轴流滚筒脱粒分离的籽粒夹带损失率约为0.29%。该研究为纵轴流联合收割机的纵轴流滚筒设计提供了参考。     

小区小麦育种收获机锥型脱粒滚筒性能试验

小区小麦育种收获机锥型脱粒滚筒体积小、功耗低,可加快脱粒滚筒轴向物料输送,提高清机效率。为了进一步研究锥型脱粒滚筒作业性能,结合自行研制的纵轴流锥型滚筒脱粒装置,通过改变锥型滚筒主要结构参数进行对比试验,得出滚筒锥角及滚筒脱粒元件是影响滚筒作业性能的主要结构参数。在选取最优参数后研制出一种集钉齿、短纹杆-板齿于一体,锥角为13°的组合齿锥型滚筒,并进行试验。试验结果表明,该滚筒作业时种子破碎率为0.52%,滚筒脱粒损失率及籽粒含杂率分别为0.43%及6.23%,装置内部种子残留率为0,功耗为2.48 kW,符合小区小麦育种收获要求。