对辊差速式块状有机肥破碎施肥装置设计与试验

针对现有施肥装置对有机肥肥块的破碎效果不佳,农田条施排肥难度大等问题,提出对辊差速式肥块破碎施肥方式,通过施肥辊相对转动咬合喂入,将肥块破碎的同时实现强制排肥,增大排肥率。对施肥辊齿辊尺寸、齿形及辊齿布置方式等关键部件及参数进行设计,建立肥块破碎受力模型和施肥量的理论模型,得到影响破碎力和施肥量的主要因素。利用离散元分析软件建立肥块破碎模型,通过仿真试验明确施肥装置的上置施肥辊转速、下置施肥辊转速、施肥辊中心高度差、施肥量对破碎率的影响规律;设计四因素正交旋转试验,对破碎施肥装置的作业参数进行优化,当上置施肥辊转速为238r/min、下置施肥辊转速为374r/min、两施肥辊中心高度差为71mm、施肥量为797g/s时,优化所得破碎率为80.3%,排肥率为99.2%;搭建对辊差速式破碎施肥装置试验台,对机施有机肥含水率8%~40%的4种肥块进行验证试验,试验所得的肥块破碎率分别为90.7%、80.8%、79.6%、76.9%,排肥率分别为95.6%、97.8%、98.2%、98.6%,与优化所得结果的平均误差分别为4.66%、1.66%,误差较小,表明对辊差速式块状有机肥破碎施肥装置满足施肥要求。     

有机肥侧抛装置螺旋叶片辅助辊轮设计与试验

为解决现有对置斜盘有机肥侧抛装置在抛撒时存在的近处肥料堆积与局部起垄问题,结合侧抛装置各部件作用及工作原理,在理论分析的基础上设计一种对称螺旋叶片辅助辊轮,并优化其关键结构参数和作业参数,明确了其与主抛撒部件圆盘的空间位置关系。利用EDEM软件先后开展了单因素与响应面仿真试验,研究了辊轮转速、螺旋角和叶片数对均匀度变异系数和1 m内肥料占比的影响,优化后得到了最优参数组合。仿真结果表明,辅助辊轮工作时的最优参数组合为辊轮转速2 238 r/min、螺旋角42.70°、叶片数4,均匀度变异系数24.45%、1 m内肥料占比24.96%,且以该参数组合进行仿真的结果优于原辊轮最优参数仿真结果;设计的辅助辊轮样机试验结果为均匀度变异系数25.46%、1 m内肥料占比25.65%,相较于原辅助辊轮的46.77%与65.94%有了很大改善,配合主盘共同作用时抛撒均匀性好,无堆积和起垄现象。研究表明：对称螺旋叶片可有效修正肥料颗粒运动方向,使主盘集中的非受控肥料向两侧分散,与主盘及其他辅助部件联合作用下大幅提高了抛撒性能。     

矮化密植红枣收获机骑跨式机架的有限元分析

根据新疆矮化密植枣园地面特点,为提高红枣收获机的工作性能,利用Ansys有限元分析软件分析红枣收获机在平整地面匀速直线运动工况下和在地面不平整工况下机架应力、变形的大小及分布情况。结果表明:最大变形发生在机架顶部发动机的安装位置及纵梁上激振装置的安装位置,应力集中发生在前段纵梁、方管与方管的连接处,可根据所得数据校核机架强度。同时,对机架进行模态分析和谐响应分析,求解出机架的固有频率和振型,通过与外界激振频率对比分析及谐响应分析得出机架位移随频率变化的趋势,在频率为30Hz时,产生共振,求解得出30Hz处最大应力为804.35MPa、最大变形为15.312mm。由于最大应力大于机架材料的屈服极限,机架产生断裂,因此应对机架进行优化改进,使机架满足静载荷和激振载荷作用下的强度要求,保证矮化密植红枣收获机的安全、可靠。     

基于EDEM离散元法的土肥混合过程分析

研究土壤与肥料的混合过程,可以有效地对土壤进行施肥。建立离散元模型,对螺旋混合轴进行结构设计,得出评估土壤与肥料混合程度的方程;采用EDEM软件对螺旋混合轴的混合效果进行仿真模拟,分析土肥混合过程中颗粒的运动轨迹,得出肥料颗粒在土壤中的变异系数为8.53%,满足施肥后土肥混合要求。最后进行样机试验,试验结果为变异系数为13.8%,土肥混均匀度为86.2%,验证仿真的正确性。     

玉米收获机激振摘穗装置设计与试验

针对当前玉米果穗收获存在损伤大、效率低的问题,在原来激振摘穗技术研究的基础上,从激振辊夹持果柄实现激振波有效传递入手,结合激振摘穗实现果-茎分离的条件,开发了基于椭圆截面的新型摘穗装置,确定了该型摘穗辊结构参数的设计方法;根据激振摘穗过程中产生的激振波波形确定了椭圆激振辊的布局和结构参数,建立了椭圆激振摘穗试验台;通过正交试验确定了影响摘穗质量（果穗啃伤率、落粒率和茎秆折断率）的主次因素依次为激振辊长短径之比、激振辊基圆直径、摘穗辊转速;确定了较优组合,即当激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时,果穗啃伤率为0.38%,落粒率为0.12%,茎秆折断率为0.49%,均低于国家玉米收获机械技术标准要求。在较优参数组合下进行了试验验证,结果表明激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时,果穗啃伤率为0.39%,落粒率为0.12%,茎秆折断率为0.48%,与前期试验结果基本保持一致。     

基于EDEM的有机肥撒施机抛撒性能试验研究

为解决有机肥流动性差、机械抛撒难的问题,基于自制的卧式有机肥撒施机,建立了有机肥在抛撒过程中的运动模型,分析了影响抛撒均匀度的主要因素;采用SolidWorks软件建立了有机肥和卧式有机肥撒施机的三维模型,运用EDEM软件以输肥速比（作业速度与刮板输肥速度比值）、抛撒辊转速、螺旋叶片螺距为试验因素进行了响应面设计试验;采用Design-Expert 8.0.5软件优化了作业参数,并进行仿真试验验证和田间试验验证。仿真结果表明:影响抛撒均匀度横向变异系数的主次顺序为螺旋叶片螺距＞抛撒辊转速＞输肥速比;当输肥速比为-16.42、抛撒辊转速为557.90 r/min、螺旋叶片螺距为365.40 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14%,仿真验证值与预测值误差≤5%,响应面模型合理。田间试验表明,当输肥速比为-16.6、抛撒辊转速为560 r/min、螺旋叶片螺距为360 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14.5%,与EDEM仿真值误差≤5%,满足有机肥撒施机的田间作业标准,仿真模型及优化参数合理。该研究可为有机肥撒施机的优化设计及抛撒性能提升提供参考。      

红枣收获机激振装置激振频率优化与试验

为提高红枣收获机振动收获效率,对激振装置激振频率进行了优化。首先,建立激振装置与枣树振动系统动力学模型,获得激振装置曲柄转动角频率为2.7rad/s,激振频率为16.9Hz;其次,在ADAMS环境下进行运动学仿真分析,当曲柄转动角频率为2.7rad/s时,机构运动较平稳、无剧烈振动现象,装置机构运动满足要求;最后,对激振装置工作性能及作业效果进行田间试验。试验结果表明:当液压马达转速为25.0~26.5r/min时,即激振频率为16.5~17.4Hz,红枣采净率大于90%,红枣损伤率小于8%,装置各项性能均满足要求,可为红枣收获机激振装置激振频率设定提供理论依据和技术支持。     

有机肥撒施技术及装备研究

农业废弃物的随意排放、化学肥料的过量施用给环境带来严重破坏。在大力提倡有机肥代替化肥的政策背景和实际需求下,成熟实用的有机肥撒施装备亟待研究和开发。为提高有机肥施用设备的作业质量和工作效率,开发三套有机肥施用装备,可针对不同作业条件实现肥料的定量均匀撒施。针对研发的三套装备结构、工作原理及关键工作部件进行详细介绍,并进行田间试验,检验输肥机构、撒施机构、传动机构、行走机构的工作性能,测定撒肥均匀度、工作幅宽、作业效率等工作参数。结果表明:大田多功能撒肥机圆盘撒肥和拨料辊抛肥机构的横向和纵向均匀度变系数分别为20.6%、15.5%和27.4%、10.7%;履带自走式撒肥机的横向和纵向均匀度变异系数分别为19.5%和10.1%;轮式自走式撒肥机的横向和纵向均匀度变异系数分别为22.7%和11.4%;三台撒肥机的最大工作幅宽分别为7.2 m(圆盘撒肥功能为7.2 m,拨料辊抛肥功能为4.3 m)、5.8 m和5.2 m,三台撒肥机的工作效率分别为1.3 hm~2/h(圆盘撒肥功能为1.3 hm~2/h,拨料辊抛肥功能为0.9 hm~2/h)、0.5 hm~2/h和0.8 hm~2/h。该系列化撒肥机的成功研制为我国农业废弃物肥料化利用提供装备和技术支撑。     

甘蔗横向种植施肥机构性能分析与试验 —基于离散元法

为解决甘蔗横向种植人工撒肥的不均匀问题,结合农艺要求,在甘蔗横向种植机开发基础上,设计了一种小开口螺旋施肥机构。选取料槽开口、螺旋叶片螺距和螺旋轴转速3个因素对施肥幅宽及其变异系数进行单因素离散元仿真试验,并完成三元回归正交旋转组合仿真试验,通过得出的二次回归方程进行目标参数的优化,回归方程求解得出:当料槽开口为8.7mm、螺旋叶片螺距为60.3mm、螺旋轴转速为64r/min时,施肥幅宽为225mm,变异系数为15.71%;仿真分析结果为:施肥幅宽220.5mm,变异系数16.34%;台架试验验证结果为:施肥幅宽215.1mm,变异系数为17.42%;优化结果、仿真验证试验结果及台架试验结果基本一致。研究结果可为甘蔗横向种植机施肥机构的开发提供参考。     

苜蓿压扁试验台设计及其机架模态分析

结合苜蓿压扁效果的影响因素:压辊间隙、弹簧的初始拉力、压扁辊转速、喂入量等,设计了一种苜蓿压扁试验台.借助SolidWorks中的Simulation有限元分析模块对试验台机架进行模态分析,提取出前10阶固有频率和模态振型.结果表明,其固有频率范围在151.83～69.09 Hz,与外部激振频率进行对比分析,各外部激振...     

基于开沟施肥的撒肥圆盘设计与试验

针对传统果树开沟施肥机存在的肥料分布不均问题,设计了一种基于开沟施肥的撒肥圆盘。首先,建立撒肥圆盘的三维模型,对肥料颗粒在撒肥圆盘上的受力和运动进行分析,建立肥料颗粒的运动方程;通过离散元软件建立仿真模型,以撒肥圆盘的盘面倾角、母线极角、肥盘转速为试验因素,以肥料分布均匀性变异系数、施肥量偏差为实验指标,开展二次旋转正交组合试验。对撒肥圆盘的施肥效果进行仿真分析,结果表明：颗粒肥料在盘面倾角为0°、母线极角为120°、肥盘转速为72r/min时,肥料分布均匀性变异系数为14.42%,施肥质量偏差为4.50%,肥料分布均匀性较好,能够满足果树施肥的要求,可为撒肥圆盘在开沟施肥中的应用提供理论参考。     

玉米激振摘穗机理分析与参数试验优化

针对玉米立式激振摘穗缺乏相应摘穗机理的深入研究,开展了玉米摘穗机理的探讨,确定了适合玉米高效低损摘穗的激振波频特性曲线,建立了激振摘穗模型,分析了夹持位置、激振频率和振幅对玉米摘穗效果的影响规律;采用激振试验台开展了夹持位置、振幅、频率对其摘穗性能影响规律的单因素试验,确定了满足玉米果穗摘穗的参数取值范围;通过响应面分析试验,确定了适合玉米高效摘穗的最佳参数组合,即在籽粒含水率30.58%情况下,其夹持位置距离果穗重心10.8cm、激振波振幅0.6cm、激振波频率17.8Hz时,玉米摘穗断茎率为2%,摘穗成功率为98%,满足玉米收获的作业技术要求。     

螺旋槽轮式排肥器对肥料块破碎效果的仿真试验与研究

为解决排肥过程中因肥料结块导致排肥不均与堵塞的问题,本研究基于离散元方法建立肥料块Bonding模型,依照Box-Behnken试验设计原理,以转速、截面形状、螺旋升角为自变量,以排肥均匀度变异系数和肥料块粘结键断裂率为响应值,采用三因素三水平响应面分析方法,对各因素及其相互作用进行分析。仿真结果表明：3个因素对肥料块粘结键断裂率影响的主次顺序分别为螺旋升角、截面形状、槽轮转速;对排肥均匀度变异系数影响的主次顺序分别为槽轮转速、截面形状、螺旋升角;螺旋槽轮最佳工作参数组合为：槽轮转速为21r/min、截面形状为勺型、螺旋升角为70°,最佳工作参数组合下的肥料块粘结键断裂率为97.67%,排肥均匀度变异系数为8.56%。     

基于激振理论的玉米多棱摘穗辊设计与试验

针对当前纵卧辊式玉米收获机作业存在籽粒啃伤严重和落粒损失大的问题,以激振理论为指导,以玉米果穗与茎秆分离为条件,建立了适于玉米机械化收获的玉米激振摘穗理论模型;以该激振摘穗模型为指导,构建并优化了适于玉米激振运动的摘穗辊外形结构和配置方式,开发了相应的激振摘穗试验台;采用Box-Behnken试验设计方法,研究了激振摘穗辊棱边数、振幅、摘穗辊转速对果穗摘穗过程籽粒破损率和落粒损失率的影响规律,建立了试验因素与考察指标之间的回归方程,并生成了相应的响应曲面。结果表明,激振摘穗装置中棱边数、振幅和摘穗辊转速对收获过程果穗籽粒破损率和落粒损失率有显著的影响。以非线性规划理论为指导,确定了最佳组合为摘穗辊转速950 r/min、棱边数8、振幅0. 75 cm,在该条件下进行了试验验证,得出平均籽粒破损率为0. 124%,平均落粒损失率为0. 228%,均低于国家玉米收获机械技术标准要求。     

青贮玉米螺旋缺口锯齿型揉丝破碎辊设计与试验

针对青贮玉米收获机玉米秸秆揉丝破碎效果差、效率低,影响青贮秸秆后期发酵与粗纤维转化的问题,并考虑到青贮玉米秸秆的韧性较大,设计了适合青贮玉米秸秆揉丝破碎的试验台。对秸秆的揉搓破碎机理和辊齿关键参数进行了分析和优化设计,得出当两辊齿锋面对钝面并配合螺旋缺口时,可达到对秸秆的挤压、揉搓和剪切效果,并建立了基于离散元法的玉米秸秆颗粒粘结模型,利用EDEM开展虚拟仿真试验,探究齿数、两辊差速比、缺口螺旋圈数和主动辊转速对秸秆丝化率的影响效果,得出了最优参数组合为：破碎辊齿数166、差速比30%、缺口螺旋圈数80、主动辊转速5000r/min,仿真试验与台架试验结果的相对误差为3.03%;台架试验结束后,采用宾州筛对其筛分,小型物料占比38.37%、标准物料占比52.75%、未完全破碎物料占比8.88%,与仿真试验结果一致。开展了对照试验,结果表明螺旋缺口锯齿型破碎辊对玉米秸秆的丝化率较常规齿型破碎辊提高8.22%,满足行业标准并实现了对玉米秸秆的高破碎和高效率。     

果园开沟施肥机导肥机构的优化设计

针对果园开沟施肥不均匀的问题,采用离散元仿真设计对果园开沟施肥机的导肥机构进行优化。首先,分析肥料颗粒的物理参数,结合肥料颗粒下落过程中的动力学分析,建立肥料颗粒在三种导肥机构中的动力学模型。然后,先对A型、B型、C型三种导肥机构进行离散元仿真试验,分析优化出最佳C型导肥机构;最后对不同曲率半径下的C型导肥机构进行施肥均匀度仿真试验,利用边缘区域与中间区域的变异系数评价施肥均匀度,分析优化出C型导肥机构的最佳曲率半径。仿真与样机果园试验结果表明:C型导肥机构边缘区域与中间区域变异系数最小,施肥均匀度最高,A型导肥机构次之,B型导肥机构最低;在不同曲率半径的C型导肥机构中,曲率半径为600mm时,C型导肥机构边缘区域与中间区域变异系数最小,施肥均匀度最高;优化后变异系数由0.48减小到0.21,施肥均匀度提高56.25%。为果园开沟施肥机设计加工提供科学依据。     

巴旦木脱青皮机螺旋脱皮辊的设计及有限元分析

为分析巴旦木脱青皮机中的核心关键部件螺旋脱皮辊的结构强度和力学性能,计算分析并确定了螺旋脱皮辊的结构参数,采用ANSYS有限元分析软件,建立螺旋脱皮辊的三维有限元模型并对脱皮辊进行了静力学分析和模态分析。结果表明:螺旋脱皮辊可实现物料的脱青皮和输送功能;螺旋脱皮辊的最大变形和等效应力分别为4 307.74×10-6 mm和0.787 35MPa,在空转与工作工程中最大等效应力远小于零件材料屈服强度;螺旋脱皮辊的模态分析前三阶固有频率分别为:19.599Hz、19.597Hz和44.491Hz,而机构工作频率远小于所分析零件的固有频率。该螺旋脱皮辊结构不仅满足强度和刚度要求且在正常工作条件下不会发生共振,为研制巴旦木机械化脱青皮装置提供理论数据和科学依据。     

排种器排种性能模糊综合评价

以振动排种器为研究对象,选用弹簧倾角、激振频率、电压和电流等4个参数,设计了4因素三水平的正交试验,建立了各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数随4个参数变化的回归方程。采用三级模糊综合评判,得出了4个因素对排种性能影响的重要性顺序,依次为弹簧倾角、激振频率、电压和电流。     

骑跨式机架的随机振动疲劳分析

为了提高矮化密植红枣收获机的工作性能,以骑跨式机架为研究对象,建立有限元模型。对机架进行模态分析,得出机架的固有频率与振型,并与各激励频率范围比较,可知机架的固有频率仍在发动机的激振频率范围之内。为避免机架产生共振,在发动机安装位置添加弹性元件,对机架采用减振方案的谐响应分析,计算得出应力、变形量变化曲线。结合机架结构材料的S-N曲线和线性累积损伤理论,对机架进行疲劳分析,验证机架的可靠性。研究结果表明:减振方案的谐响应分析使机架的最大变形量由2.977mm变到0.358mm,减小了87.974%,明显改善了机架的振动特性;在激振载荷的作用下对添加减振元件前后的机架分别计算疲劳寿命,得出添加减振元件后机架的疲劳寿命为1.84×10~8次,高于1.0×10~6次,满足机架疲劳强度设计要求。     

蓝莓植株的振动特性分析与试验研究

【目的】采用机械振动式采摘方式进行蓝莓采摘,获得最佳采摘激振频率,以提高蓝莓采摘效率。【方法】在分析蓝莓植株生长形态后对蓝莓植株进行了物理建模,同时通过有限元仿真软件对蓝莓植株进行了模态分析与谐响应分析,并利用电动振动采摘试验台进行了激振频率为1 Hz、2 Hz、3 Hz的振动试验,获得不同侧枝前1 s～3 s的加速度。【结果】1）蓝莓植株的固有频率与阶数成正比关系,前12阶固有频率为2.08 Hz～5.04 Hz;2）蓝莓植株的各个侧枝加速度不同,同一侧枝的二级枝加速度大于一级枝加速度,所施加的最佳激振频率为1.9 Hz;3）蓝莓植株最佳采摘激振频率为1.8 Hz～1.9 Hz,验证了蓝莓植株最佳激振频率与仿真分析的一致性。【结论】本研究可为机械振动式蓝莓采摘机激振频率范围选择提供理论依据,并为振动式蓝莓采收装置的设计提供理论基础。