垄上灭茬刀优化设计与试验

针对灭茬刀耕作阻力大、磨损严重等问题,优化设计了灭茬刀及刀辊。通过理论分析,得到影响灭茬刀耕作阻力和损伤情况的因素为灭茬刀正切刃滑切角、侧切刃滑切角和弯折角,并确定灭茬刀作业状态稳定时正切刃滑切角的取值范围为0°～16°,侧切刃滑切角的取值范围为47°～68°,弯折角的取值范围为90°～130°。在有限元软件ABAQUS中对土壤建立Drucker-Prager本构模型,并进行了灭茬刀切割土壤的运动学仿真试验,设计为三因素三水平正交试验。结果表明:影响灭茬刀作业过程中应力和应变变化的主次因素为侧切刃滑切角、弯折角、正切刃滑切角,当正切刃滑切角16°、侧切刃滑切角68°、弯折角110°时,灭茬刀的应力和应变较优,且方差分析得到各因素对应力和应变的影响均显著。田间试验结果表明:优化设计的灭茬刀较行业标准灭茬率提高9.57%,碎土率提高6.6%,灭茬深度稳定性系数提高4.2%,灭茬刀作业效果优良。     

芋头压缩和切削力学特性研究

为了解芋头压缩和切削力学特性,以山东小芋头为试验样本,利用TMS-PRO食品物性分析仪对芋头样本进行压缩试验,计算得出芋头失效应变和弹性模量等参数。利用定制刀具,对芋头在不同切削厚度、不同刀具刃角、不同刀具滑切角情况下进行切削试验,测得切削过程中最大切削力,运用SPSS软件分析变化规律。试验得出:所选芋头样本失效应变为0.314,抗压强度为1.490 MPa,弹性模量为4.751 MPa;随着切削厚度增加最大切削力增大,且切削厚度＞3 mm后增长缓慢;随着刀具刃角的增加最大切削力增加;随着刀具滑切角的增加最大切削力显著减小。对交互试验结果的方差分析,得出切削厚度、刀具刃角和滑切角均对芋头的最大切削力有极显著影响,切削厚度和刀具刃角的交互作用具有显著影响,切削厚度和刀具滑切角的交互作用具有极显著影响。试验分析结果可为芋头收获和加工等机械的设计、制造提供理论依据。      

水培生菜整株低损收获装置设计与试验

为解决水培生菜收获品质低、人工收获劳动力成本高等问题,设计了一种整株低损收获装置。通过夹持杆对菜叶的低损聚拢、割刀对生菜茎部的精准切割,实现单株水培生菜的整株低损收获。设计了各关键部件结构参数,分析了影响菜叶损伤的因素,利用图像处理方法测量了菜叶损伤面积;采用正交试验,研究了聚拢速度、聚拢角、聚拢高度、压菜速度对菜叶损伤面积的影响;通过力学分析和高速摄影,分析了聚拢角、聚拢高度对菜叶损伤面积的影响。正交试验结果显示:试验因素的显著性主次顺序为聚拢角、聚拢高度、压菜速度、聚拢速度;最优组合参数为聚拢速度100 mm/s、聚拢角15°、聚拢高度70 mm、压菜速度100 mm/s。验证试验表明:最优组合下生菜均为整株收获,菜叶损伤面积平均值为432 mm2,损伤程度平均值为0. 13%,优化效果明显。     

水稻秸秆不同部位剪切性能分析

剪切性能对于水稻收割和稻秸再利用至关重要。为获取水稻秸秆力学特征参数,针对不同部位稻秸的剪切性能进行试验研究,设计并制备不同稻秸直径相适应的剪切夹具,分别对稻秸的上、中、下和节部取样,考察了20、50、100、150、200和250 mm/min剪切速度对剪切力的影响。结果表明,自制夹具可胜任剪切测试任务,稻秸取样部位和剪切速度对剪切力有极显著影响。对于剪切部位而言,稻秸根部的剪切力大于上部;对于剪切速度而言,较高剪切速度（200～250 mm/min）下的剪切力小于低速剪切（20～50 mm/min）,但与中速剪切（100～150 mm/min）相差较小。本研究结果可为稻秸收割机及稻秸粉碎机中剪切部件的设计与制造提供理论和试验数据支持。      

原茬地种床整备侧向滑切清秸刀齿设计与试验

为探索原茬地播种机种床整备侧向滑切清秸刀齿对机具作业过程中秸秆缠绕度、振动强度、功率消耗和覆秸均匀度的影响,在阐述侧向清秸装置结构和工作原理基础上,对侧向滑切清秸刀齿结构及滑切面工作曲线进行了设计,确定了影响刀齿工作性能的关键结构与工作参数。应用四因素三水平正交试验方法,选取初始半径、起始滑切角、刀轴角速度和机具作业速度为影响因素,以秸秆缠绕度、振动强度、当量功耗和覆秸均匀度为评价指标,对影响机具作业性能的刀齿结构和工作参数组合进行优化分析。结果表明:在初始半径200 mm、起始滑切角30°、刀轴角速度42 rad/s、机具作业速度7. 2 km/h条件下,无秸秆缠绕,振动强度为159 m/s2,当量功耗为4. 9 k W,覆秸均匀度为0. 075。对比试验表明,优化后刀齿组合振动强度降低了46. 5%,当量功耗降低了29. 7%,工作过程中未出现机具堵塞现象。     

基于EDEM的番茄秸秆切割性能仿真及试验研究

为了研究粉碎机中秸秆切割时刀片的结构参数对秸秆切削效率、切割性能等的影响,采用离散元方法及EDEM软件建立切割粉碎机中番茄秸秆切割仿真模型,对切割能耗、切割力、切割效果等进行数值模拟,并与试验结果进行对比,结果表明:与等滑切角平型刀片和普通刀片相比,等滑切角锯齿型刀片在切割过程中受到的合力较小,受力较均匀,波动较小,切割能耗最低,切割效率最高,切割时间最短,切割效果较好,优势明显.切割番茄秸秆时,40°等滑切角锯齿型刀片受到的切割力、消耗的能量、消耗的切割电能和切割时间都低于45°等滑切角锯齿型刀片,切割效率较高,切割效果更好.研究结果为番茄秸秆切割刀片及其结构参数的选择提供了理论依据.     

带状深松灭茬机灭茬部件设计与试验

东北垄作区播种前的根茬处理及深松作业,能够提高播种质量,促进作物生长。针对现有深松灭茬机作业过程中存在动土量大、灭茬效果不理想以及刀辊易缠草堵塞等问题,同时为适应东北寒地保护性耕作技术模式,满足垄体深松灭茬的农艺要求,设计了一种带状深松灭茬机,并对其灭茬部件、深松部件及垄台成形部件结构进行了设计。以机具的作业速度、灭茬深度和灭茬刀正切刃滑切角为试验因素,以灭茬率、灭茬深度稳定性系数为试验指标,对影响整机性能的结构与作业参数进行田间试验。结果表明:机器的作业速度为2.8 km/h、灭茬深度为84.9 mm、正切刃滑切角为6.5°时,灭茬率为93.26%,灭茬深度稳定性系数为95.25%,灭茬效果好,满足机具作业质量要求。     

含水率及切割滑切角对秸秆切割功耗影响规律

影响秸秆切割功耗的关键因素是切割滑切角,其最佳角度与含水率相关。为了研究麦秸秆含水率与切割滑切角及其交互作用对切割功耗的影响规律,采用全试验设计方法进行切割试验设计,通过使用UTM6503万能试验机对麦秸秆进行切割试验,得出不同刃口角度切割刀具在切割不同含水率水平秸秆时的切割位移-切割力关系曲线、切割滑切角-切割峰值力关系曲线及切割滑切角-切割比功耗关系曲线。通过分析试验数据得出:麦秸秆含水率与切割最佳滑切角的函数模型为α_(optimal)=0.006M~2-0.03M+26.91。本研究可为设计出合理、有效的麦秸秆粉碎切割刀具装置提供参考。     

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。     

双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机设计与试验

针对我国香蕉秸秆粉碎还田作业过程中香蕉秸秆粉碎质量差,秸秆缠绕堵塞等问题,设计了一种双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机。基于滑切定理,解析了粉碎刀随轴转动过程中的动态滑切角和粉碎定刀滑切角的相对作用原理,以等速螺线设计L形粉碎定刀刀刃曲线,确定了粉碎刀结构参数;对香蕉秸秆缠绕粉碎刀辊进行受力分析,设计防缠绕板并确定装配数量与结构参数;以装置前进速度、粉碎刀辊转速、防缠绕板高度为试验因素,以香蕉秸秆粉碎合格率、抛撒不均匀度和香蕉秸秆缠绕数量为评价指标进行三因素三水平正交试验,建立因素与指标的响应面数学模型。试验结果表明,最优参数组合为作业机前进速度1.5 m/s、防缠绕板高度41.6 mm、粉碎刀辊转速1 800 r/min,此时香蕉秸秆粉碎合格率为93.8%,香蕉秸秆缠绕数量为26,香蕉秸秆抛撒不均匀度为12.1%。以最优组合进行田间试验验证,试验结果表明双定刀滑切防缠式香蕉秸秆粉碎还田机整机防缠性能优越,满足设计要求。     

芦蒿有序收获机往复切割力影响因素试验与分析

为改善芦蒿收获过程中茎秆割茬质量,提高切割性能,降低损失率,完善芦蒿有序收获机收获效果。自制切割试验台,在TMS-Pro质构仪上对芦蒿嫩茎进行单因素和多因素正交切割试验,研究切割方式、切割刀片形式、切割倾角、切割速度、切割间隙、切割位置、株数等因素对芦蒿峰值切割力指标的影响。单因素试验结果表明:以锯齿形割刀滑切方式最为省力;峰值切割力与切割速度呈显著二次多项式函数负相关关系;随着切割角度、切割间隙的增大而增大,在12°切割角以及0.5mm切割间隙时,切割力均出现最小值;与离地切割位置呈显著指数函数负相关关系,与株数呈显著指数函数正相关关系。多因素试验结果表明:切割速度对峰值切割力影响最为显著,切割角度次之,切割间隙影响最小,当切割速度200mm/min、切割角度15°、切割间隙0.5mm时为最优方案,峰值切割力最小。通过应变片进行田间试验对比,结果表明:割台试验结果与田间试验结果一致,试验数据误差5.6%。研究结果为切割器的参数优化及芦蒿收获机械装备的研制与改进提供理论依据与技术支持。     

异速圆盘动态支撑式玉米秸秆粉碎装置设计与试验

针对玉米秸秆粉碎过程中秸秆力学和能耗变化规律不明确,限制秸秆粉碎还田质量提升,不利于秸秆还田技术在东北黑土区推广应用的问题,本文基于异速圆盘动态支撑式玉米秸秆粉碎装置和秸秆受力状态,将玉米秸秆粉碎全过程分为秸秆捡拾阶段、秸秆升举输送阶段和入侵粉碎阶段,建立秸秆各阶段受力数学模型,确定其关键影响参数及范围。以捡拾粉碎刀转速、对数螺线支撑圆盘刀滑切角和捡拾粉碎刀与对数螺线支撑圆盘刀间的传动比为试验因素,选取秸秆最大破碎力、滑切切割功耗和滑切冲量为试验指标,应用有限元分析方法研究试验因素对试验指标的影响规律。结果表明,捡拾粉碎刀转速为1950 r/min、对数螺线支撑圆盘刀滑切角为40°和捡拾粉碎刀与对数螺线支撑圆盘刀间的传动比为0.5时,秸秆最大破碎力、滑切切割功耗和滑切冲量分别为101.71 N、1049.42W和0.032N·s。田间验证试验结果表明,滑切切割功耗为1150.43W,与模型预测值误差为9.63%,秸秆粉碎长度合格率为93.34%,满足行业标准要求。     

破茬刀结构参数仿真分析优化试验

以免耕播种机破茬刀为例,分析破茬刀切断茎秆条件及破茬刀作业时滑切原理,来确定破茬刀结构参数,并借助离散元软件对破茬刀进行仿真试验,研究破茬刀结构参数对于其功耗及土壤扰动面积的影响,从而优化破茬刀结构。理论分析得到:破茬刀的直径范围为420～430mm,滑切角范围为40°～58°。2因素5水平正交旋转组合离散元仿真试验得到:影响破茬刀作业功耗的主次因素为破茬刀直经、滑切角;影响破茬刀土壤扰动面积因素的主次顺序为破茬刀直径、滑切角;理论上当破茬刀直径428.51mm、破茬刀滑切角44.66°时,破茬刀功耗为1.754 6kW,扰动面积为197.836mm~2。试验结果表明:优化后的破茬刀与理论值相比,功耗增加2.23%,土壤扰动面积增加1.31%,均与理论值偏差较小,仿真优化结果可靠。优化后的破茬刀作业性能与作业效果优良,可为少免耕耕作部件的优化设计提供一定依据。     

参类种子剪切特性的试验研究

参类种子的剪切特性研究可以为降低参类种子播种时的伤种率和排种器的设计提供理论依据。利用物性分析仪,测试了不同参类种子在不同含水率、放置方向、剪切速度因素条件下对剪切性能的影响。利用正交试验测量各因素对试验的影响大小依次为放置方向、含水率、剪切速度。(1)未催芽的参种的剪切力大于催芽参种的剪切力,不同放置方向剪切力从大到小的顺序依次为平放、竖放、立放。(2)含水率对剪切力的影响:含水率越大剪切力越小。(3)剪切速度越大参种的剪切力越小。     

气力驱动的黄瓜梗剪切装置设计与试验

目前温室黄瓜的采摘方式主要为人工采摘,存在工作环境差,机械化程度低等问题,为面向机械化采摘,结合平面连杆与铰链弹簧联动结构,设计一种气力驱动的黄瓜梗剪切装置,并且对该装置进行动力学仿真分析。针对黄瓜梗剪切装置参数变化对剪切效果的影响,对不同成熟度的黄瓜进行实际数据测量与分析,且进行剪切试验,对成熟度、刃口倾角、削切角、斜切角等参数对黄瓜梗剪切效果的影响进行研究。结果表明:成熟中期(开花两周左右),黄瓜瓜梗更易被剪切,且此时黄瓜生长的各项参数达到峰值,而在成熟晚期(开花三周左右),黄瓜梗剪切所需气动力较大,剪切较为不易;当刃口倾角为8°~26°,且削切角与斜切角为0°时,剪切所需的气压压力逐渐减小,滑切效果逐渐增强,同时剪切性能增强;当削切角为0°~45°、刃口倾角为26°、斜切角为0°时,剪切瓜梗所需的气压压力随着削切角的增加而增加,当削切角为0°时所需气压压力比其他角度更低,剪切效果较好;当斜切角为0°~45°、刃口倾角为26°、削切角为0°时,剪切瓜梗所需的气压压力先降低后增加,且增幅渐大,当斜切角为15°时,所需气压压力较其他斜切角更低,剪切效果较好。根据以上研究,为黄瓜的采摘时间与气力驱动的黄瓜梗剪切装置的参数确定提供依据。     

成熟期马铃薯秧的单位直径最大剪切力试验研究

为研究马铃薯秧蔓的剪切力学特性,弥补马铃薯秧蔓力学特性参数不足,以成熟期品种中薯8号为试验材料,通过三元二次回归正交旋转组合试验研究了取样位置、含水率和剪切速度3个因素对马铃薯秧单位直径最大剪切力的单因素影响和双因素影响,并建立了其与马铃薯秧单位直径最大剪切力之间的影响回归模型。结果表明:回归模型与试验结果拟合程度较好,可分别用于预测马铃薯秧单位直径最大剪切力的变化情况。该研究为马铃薯秧机械化切割回收装备的设计和选择最佳的马铃薯收获期提供了数据支持和理论依据。     

葵花茎秆力学特性试验研究

针对葵花茎秆的力学特性进行研究,为葵花茎秆加工机械研发提供试验数据和理论依据。通过电子万能试验机对葵花茎秆的弯曲、剪切、拉伸等力学特性进行试验,在含水率保持在9.3%～13.9%的范围内,研究葵花茎秆在不同加载速度、不同取样位置下的弯曲力、剪切力及拉力的变化规律,以及各因素对弯曲力、剪切力及拉伸应力应力的影响。结果表明:①取样位置不变,弯曲力峰值随着加载速度的增加而增加;加载速度不变,取样位置越接近根部弯曲力峰值越大。②取样位置不变,剪切力峰值随着加载速度的增加而减小:加载速度不变,取样位置越接近根部剪切力峰值越大。③取样位置不变,拉伸应力峰值随着加载速度的增加而减小:加载速度不变,取样位置越接近根部拉伸应力峰值越大。     

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。     

马铃薯收获机挖掘铲牵引阻力分析与测试

针对马铃薯收获机工作过程中牵引阻力和功率消耗大的问题,以挖掘铲为研究对象,对正切时的牵引力模型进行了修正,建立了同时适用于正切和滑切的牵引力模型。基于MatLab的单因素分析得出滑切角、铲面倾角和机具工作速度与挖掘铲牵引力成非线性关系;挖掘铲牵引力与滑切角为负相关,与铲面倾角和机具工作速度为正相关。在收获条件允许的范围内,增大滑切角、减小铲面倾角和机具工作速度,能有效降低挖掘铲牵引力。通过田间试验验证了MatLab分析结论,表明所建立的挖掘铲牵引力模型是合理可行的,为分析研究马铃薯收获机挖掘阻力提供了参考依据。     

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。