马铃薯收获机辊组式薯土分离装置设计与试验

针对目前传统马铃薯收获机分离装置存在伤薯率高、去土率低以及分离装置结构形式单一且调节不便的问题,设计了一款由聚氨酯材料构成的左右螺旋对称式去土辊与可调节式光辊交替排列组合的马铃薯收获机辊组式输送分离装置。通过针对机体结构的动力学分析、薯土分离的耦合机理分析和去土过程马铃薯之间碰撞离散分析,确定了影响马铃薯收获机辊组式输送分离装置伤薯率和去土率的关键因素,并对其进行试验,以伤薯率和去土率为试验指标,以去土辊和光辊间距和转速、输送分离装置倾斜角为试验因素,根据正交试验结果建立数学回归模型并进行响应面分析和参数化分析,确定当去土辊与光辊间距为16.5 mm、去土辊转速为100 r/min、光辊转速为100 r/min、分离装置倾斜角为8°时,伤薯率为0.64%,去土率为97.1%。与传统马铃薯收获机分离装置相比,伤薯率下降0.12个百分点,去土率上升2.6个百分点,该装置能更好地满足输送分离要求。     

马铃薯收获机扰动分离装置设计与试验

针对现有的小型马铃薯收获机筛面土块破碎效果不佳而影响分离效率和收获品质等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式和常用杆条式分离装置,设计了一款马铃薯收获机扰动分离装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯的碰撞特性和土块的破碎过程分析,得到影响薯块损伤和土块破碎的主要因素为扰动深度、偏心轮转速和偏心距;通过EDEM-RecurDyn耦合构建仿真模型,单因素试验得到扰动杆数量最优为4,以扰动深度、偏心轮转速和偏心距为试验因素,以马铃薯碰撞力和土块破碎率为评价指标,运用Box-Behnken中心组合设计方法进行仿真试验,对试验结果进行方差分析,利用响应面分析了各交互因素对试验指标的影响规律,结合实际工况确定影响因素最佳取值。验证试验表明：当收获机分离筛运行速度为0.7m/s、扰动深度为51.5mm、偏心轮转速通过调速器设为2.3r/s、偏心距为31mm时,土块破碎率为60.7%,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为790.66m/s2,小于马铃薯临界损伤阈值。     

悬挂式山药收获机振动挖掘碎土装置设计与试验

针对山药机械化收获整体占比低、作业效率低、收获损伤率高以及人工辅助作业劳动强度大等问题,基于经验设计方法,设计了全液压悬挂式单行山药收获机。研究了山药挖掘收获中关键部件——格栅式振动挖掘铲的结构,综合运用Solid Works的Motion与Simulation插件,对振动碎土装置进行了动力学仿真分析与计算,对该部件的静力学和动力学特征进行了分析。结合山药收获的农艺要求,研究了振动挖掘部分的频率、往复摆动振幅及其相关机械结构参数,确定了最优结构参数,并对其进行了强度分析、计算和校核,最后进行了田间收获试验。试验结果表明,振动挖掘碎土装置的作业效率较高,可实现土壤与山药黏连部分的快速、高效分离,机械收获完好率达到89. 2%,基本满足农户高效收获与低损率的要求。     

木薯收获机抖动链式筛土装置的设计与实验

针对目前木薯收获机在挖掘作业后木薯块根黏附大量土壤的问题,结合高性能的犬趾型仿生挖掘铲,研制出一种升运抖动链式筛土装置。介绍了筛土装置的结构组成和工作原理,通过对整个机具工作状态的研究及土薯混合物的理论分析,确定了升运筛杆、抖动器等关键部件的工作参数,得到了影响土薯分离的主要因素,并利用SolidWorks软件对整个机具进行了三维建模。以明薯率、伤薯率、净薯率及生产效率作为该装置工作性能的测试指标进行田间试验,结果表明:当机具前进速度为1.2m/s、筛杆升运速度为1.3m/s、抖动器转速为205r/min时,明薯率为93.8%,伤薯率为2.5%,挖净率为98.7%,生产效率为0.38hm~2/h,整个装置的工作性能稳定可靠,能够满足筛土作业的要求。     

摆动式花生收获机性能的试验研究

简要分析了摆动式花生收获机的结构及性能特点,指出了对收获指标影响较大的主要参数.通过二次回归旋转组合田间试验,建立了收获机的性能数学模型,分析指出了参数对性能的影响,并借助MATLAB对数学模型进行了直观分析,为进一步寻找收获机的最优参数组合提供依据.     

摆动分离筛薯土分离机理分析与参数优化试验

针对摆动分离筛薯土分离机理不明确,作业参数匹配不合理导致明薯率与马铃薯破皮率矛盾突出等问题,利用高速摄像机实时拍摄不同曲柄转速、筛面倾角和机器前进速度时摆动分离筛上薯土混合物的分布状态,统计并分析薯土混合物分布高度的变化规律,揭示薯土分离机理,并获得影响分离筛性能主要因素的取值范围。以明薯率和破皮率为评价指标,采用Box-Behnken响应面试验方法进行试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,对影响摆动分离筛性能的结构与工作参数进行优化。结果表明,各因素对明薯率、破皮率影响由大到小为曲柄转速、筛面倾角、机器前进速度。摆动分离筛优化参数组合为:曲柄转速230 r/min,筛面倾角21.1°,机器前进速度2.03 km/h,优化后明薯率和破皮率分别为98.94%和0.21%,明薯率较优化前提高1.68个百分点,破皮率较优化前降低9.6个百分点,参数优化试验结果满足国家标准要求。     

玉米根茬收获机设计与试验

为了实现根茬的挖掘、捡拾、根土分离与放铺等联合收获作业,研制了一种偏置式挖掘铲刀和三辊机构。通过分析偏置式挖掘铲刀的挖掘特性,以及三辊机构的运动学特性,确定了工作部件的结构参数及运动参数。田间试验表明,偏置式挖掘铲刀挖掘根茬效果好,三辊机构具有较好的捡拾、根土分离和放铺能力,根茬收获机的根茬起挖率、捡拾率和放铺率均大于90%,满足设计和使用要求。     

玉米籽粒收获机组合筛面预筛分式清选装置设计与试验

针对目前玉米籽粒收获机不能适应15kg/s以上的大喂入量清选需要,设计了一种具备预清选功能的清选装置。首先对玉米脱出物离开螺旋输送器到达预清选筛前的玉米籽粒进行受力分析,然后对曲柄连杆机构的运动模型加以简化。其次分析玉米籽粒在筛面上的运动状态;对离心风机叶轮、蜗壳进行设计计算。采用单因素试验确定风机转速、振动频率、上筛筛孔开度取值范围;以风机转速、振动频率、上筛筛孔开度为试验因素,以籽粒含杂率和清选损失率为评价指标,设计三因素三水平中心组合试验,建立各因素与指标之间的回归模型。通过响应曲面方法对试验结果进行分析,并采用Design-Expert12对回归模型进行多目标优化。玉米脱出物喂入量为16kg/s时,得出较优组合为：风机转速1202.50r/min、振动频率5.41Hz、上筛筛孔开度18mm,在此条件下籽粒含杂率为0.79%,清选损失率为1.10%;验证试验结果表明,当风机转速1200r/min、振动频率5Hz、上筛筛孔开度18mm时,籽粒含杂率为0.82%,清选损失率为1.14%,试验值与优化值相对误差小于5%,与传统双层往复振动筛清选装置相比籽粒含杂率降低2.07个百分点,清选损失率降低2.13个百分点,证明所设计合理。     

板蓝根收获机挖掘装置设计与有限元分析

针对现有板蓝根收获机具存在挖掘阻力大、挖掘铲面容易壅土等问题,在研究国内外块茎类作物收获机械的基础上,根据板蓝根的农艺要求、生物特点、收获时的土壤条件等,设计一种作业幅宽为130 cm、最大挖掘深度为40 cm、一次进地可完成板蓝根的挖掘、筛分、铺放等功能的专用两行板蓝根收获机具。运用动量定理、动能定理和几何关系对挖掘铲进行设计,计算得出挖掘铲的最佳入土角α、铲面宽度b、铲面长度l等参数。利用SolidWorks软件中Simulation插件对挖掘铲进行有限元分析并优化。并进行试验验证,试验发现：最佳的入土角α为20°,铲宽b为1 328 mm,铲长l为245 mm;有限元分析表明通过在挖掘铲后方增加一道梁,将挖掘铲最大位移量从1 mm减小到0.01 mm,能有效减低失效风险。对整机进行田间试验,结果表明：挖掘铲壅土率低,未出现明显变形;在作业速度1.6 km/h、挖掘深度40 cm的情况下,平均挖净率97.6%、损伤率2.4%。     

花生联合收获机弹齿式去土装置设计与性能试验

针对花生联合收获机上下摆拍式和横向摆拍式去土装置去土性能差的问题,设计了弹齿式去土装置。通过去土机理分析,确定了影响去土性能的影响因素。通过田间去土试验,建立了去土装置偏心轮转速、偏心距、弹齿臂长度与去土率和掉果率的回归方程,分析了弹齿式去土装置的去土性能。通过优化计算得出,偏心轮转速为23 r/min、偏心距为38 mm、弹齿臂长度为125 mm,去土装置的综合性能达到最优,符合设计要求。     

甜菜联合收获机分离输送装置设计与试验

为解决甜菜联合收获机分离输送过程中甜菜块根含杂率高、损伤率高的问题,设计了一种六行甜菜联合收获机的三级分离输送装置,阐述了该装置的主要结构及工作原理,并确定关键参数。通过对分离输送过程中土壤、甜菜的运动学分析及甜菜在碰撞过程中的能量分析,确定了影响甜菜含杂和损伤效果的主要因素及各因素的试验取值范围。以拨送板转速、杆条式链筛输送速度和橡胶尾筛倾角为试验因素,以含杂率和损伤率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,得到试验因素与各指标的回归方程。通过响应面分析各因素对评价指标的影响规律,得出优化参数组合为：拨送板转速100.0r/min、杆条式链筛输送速度1.4m/s和橡胶尾筛倾角39.0°。验证试验结果表明,经过三级分离输送后甜菜含杂率为3.4%,损伤率为2.6%,各项指标均符合国家行业标准要求。     

太子参联合收获机的设计

针对目前已有的牵引式太子参收获机无法较好地满足南方小田块地下根茎类作物的收获要求,设计了一款可以一次性实现挖掘、输送、分离、筛选及装箱为一体的太子参联合收获机。阐述了太子参联合收获机的总体结构设计方案,给出了松土铲、升运器、分离滚筒及输送链耙等关键部件的设计过程,并利用ANSYS软件对松土铲进行了有限元分析。     

再生稻联合收获机脱粒分离装置的设计与试验

项目组所研制的再生稻联合收获机的收获特点与普通水稻联合收获机不同,虽然头季稻收获时只割下稻株上方稻穗部分,但通过加宽割幅使喂入量增加至5 kg/s.与一般水稻脱出物相比,头季稻秆青叶茂,含水率高,仅收穗头时收获长度为30cm左右,茎秆较少,因此收割后进入脱粒分离装置的草谷比约为0.5:1.根据以上特点,设计了一种纵轴流...     

基于多段分离工艺的马铃薯联合收获机设计与试验

针对马铃薯分段收获人工捡拾工作量大、劳动强度高、收获效率低等问题,在适应种植模式和农艺要求的基础上,设计了一种基于多段分离工艺的马铃薯联合收获机,该机可同时完成双垄双行马铃薯的挖掘、薯土分离、清土除杂和集薯输送等任务。收获机在拖拉机的牵引作用下进行收获作业,其关键零部件包括松土限深调控装置、切土切蔓装置、挖掘装置、摆抖式薯土分离装置、过渡分离装置、清土除杂装置和集薯输送装置等。该收获机采用多段分离工艺,可有效提高薯土分离效率,显著降低含杂率,降低劳动强度。田间试验表明:作业速度分别为3. 17 km/h和4. 16 km/h时,样机的损失率分别为1. 64%和1. 59%,伤薯率分别为1. 72%和1. 48%,破皮率分别为2. 31%和1. 92%,生产率分别为0. 41 hm2/h和0. 54 hm2/h,各项性能指标均达到了作业标准。基于碰撞检测技术获取了收获过程中薯块的动态碰撞信息,在对碰撞特征和薯土混合物运动特点进行分析的基础上,明确了联合收获机易产生较大碰撞加速度的关键位置为:分离筛Ⅰ与分离筛Ⅱ交接处及集薯输送装置的落料端,降低分离筛Ⅰ和分离筛Ⅱ之间的高度差、改善集薯装置末端的缓冲效果,是降低伤薯率和破皮率的有效措施。     

复合式吸肥装置结构设计与性能试验

设计了一种新型复合式吸肥装置,并对其吸肥性能进行检测,与传统单文丘里管进行对比以验证其可行性。试验结果表明：在吸肥初始阶段,复合式吸肥装置喉部真空负压随进出口压力差的增大而降低,吸肥流量增大。吸肥流量随真空负压的绝对值增大呈线性增大趋势;当进出口压力差达到0.28MPa左右时,真空负压降到最低值而不再发生变化,与此同时吸肥流量达到最大值;与单文丘里管相比,复合式吸肥装置由于使用过程中压力损失及水头损失,其单管吸肥流量较单文丘里管吸肥流量略有减小,但由于吸肥管数的增加,吸肥量可成倍增加。因此,在复合式吸肥装置进口处调节进口压力变化,在0.02～0.28MPa的正确进出口压力差工作区间下控制复合式吸肥装置,可达到精确施肥的目的。     

油葵联合收获机清选装置结构优化与试验

针对油葵联合收获作业过程中存在籽粒含杂率及损失率偏高的问题,测定油葵脱粒后脱出物的尺寸特征和悬浮特性,通过机构的运动学分析与物料的受力分析,确定了油葵联合收获机清选装置主要结构参数与工作参数。以风机转速、振动频率和分风板倾角为影响因素,油葵籽粒含杂率和籽粒损失率为评价指标,开展工作参数优化试验,单因素试验结果表明,清选装置较优工作区间为：风机转速1100~1300r/min、振动频率3~5Hz、分风板倾角20°~40°;设计Box-Behnken试验,建立了响应面回归模型,并进行参数优化,结果表明：各试验因素对含杂率和损失率影响显著性大小顺序均为风机转速、振动频率、分风板倾角;当风机转速1200r/min、振动频率4Hz、分风板倾角27°时,试验结果表明平均油葵籽粒含杂率为4.25%,平均籽粒损失率为1.82%,满足油葵联合收获机清选的国家标准要求。     

油莎豆收获机双层滚筒筛式果杂分离装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中块茎(果)与土壤草团(杂质)分离不彻底导致收获损失率与含杂率较高的问题,设计了一种双层滚筒筛式果杂分离装置,通过理论分析确定了该装置的主要结构参数与工作参数。建立了分离装置-收获物料互作的EDEM-MBD耦合仿真模型,以双层滚筒筛转速、分离螺旋输送器转速、柔性齿段长度为试验因素,以块茎分离率和含杂率为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展三因素三水平仿真试验。对试验结果进行方差分析,建立了分离率、含杂率与各显著因素之间的回归模型,利用回归模型进行参数寻优,结果表明：当双层滚筒筛转速为24.9 r/min、分离螺旋输送器转速为148.5 r/min、柔性齿段长度为1 277.8 mm时,分离率最大,为96.23%,含杂率最小,为25.55%。田间验证试验结果表明：最优参数组合下的果杂分离装置平均分离率为93.19%,平均含杂率为26.65%,与回归模型寻优结果基本一致;果杂分离装置与清选装置联合使用时,分离率增加1.05个百分点,含杂率降低9.97个百分点,可满足油莎豆收获生产需求。     

螺旋输送与筛筒组合式分离装置性能试验

大中型谷物联合收割机分离装置存在体积庞大、振动强等问题,小型谷物联合收割机分离装置缺乏对断茎秆的处理能力且分离能力较弱。为此,提出了一种螺旋输送与筛筒组合式分离装置。通过室内试验,研究了搅龙转速、装置倾角和分离筛孔尺寸对分离性能的影响,得出了最优结构和运动参数组合,实现了籽粒、颖糠及茎秆在输送过程中的有效分离,为清选装置在谷物联合收割机上的应用提供了依据。     

油菜联合收获机切抛组合式纵轴流脱离装置设计与试验

针对传统油菜联合收获机链耙式输送器输送距离长、且易引起油菜高粗茎秆堵塞的问题,设计了一种切抛组合式纵轴流脱离装置,实现油菜的强制喂入、切断抛送、脱粒分离功能于一体,整机关键部件全部采用液压驱动,可保证其无级调速和运转平稳。通过对茎秆的运动学与动力学分析,确定了喂入辊、切碎滚筒和脱粒滚筒的结构参数与工作参数,以夹带损失率和功耗等为评价指标,开展了切碎滚筒转速、脱粒滚筒转速和脱粒间隙的正交试验。正交试验结果表明:较优参数组合为切碎滚筒转速450 r/min、脱粒滚筒转速450 r/min、脱粒间隙30 mm,此时夹带损失率为0. 415%,脱出物短茎秆质量分数为10. 43%,切碎滚筒和脱粒滚筒总功耗为4. 16 kW,排草口茎秆平均长度134. 8 mm,对应的旋风分离清选系统籽粒总损失率为6. 13%、清洁率为91. 97%。田间试验表明,切抛组合式纵轴流脱离装置能实现物料由割台至脱离装置的均匀连续输送和脱粒分离功能,可满足油菜联合收获机的作业要求。