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。     

小麦植株建模与单纵轴流物料运动仿真与试验

针对单纵轴流小麦联合收获机物料输送中出现的堵塞问题,对小麦在螺旋输送器、倾斜输送器和脱粒滚筒螺旋喂入头中的输送过程进行理论分析,确定了影响小麦输送性能的主要因素及参数范围;利用EDEM软件建立了收获期小麦植株离散元模型,并采用EDEM-Recurdyn耦合的方法,构建了小麦从螺旋输送器喂入、经倾斜输送器,直至到达脱粒滚筒的输送系统仿真体系,分析了小麦在连续输送过程中的迁移规律、轴向速度和局部物料质量流率变化情况。以喂入量、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速和脱粒滚筒转速为试验因素,以物料输送时间为试验指标,进行四因素五水平的二次正交旋转中心组合试验,结果表明：各因素对输送时间的影响由大到小依次为喂入量、脱粒滚筒转速、螺旋输送器转速、倾斜输送器主动轴转速;当喂入量为7.52kg/s、螺旋输送器转速为308r/min、倾斜输送器主动轴转速为369r/min、脱粒滚筒转速为1083r/min时,输送时间为6.37s,输送时间最短,采用高速摄影技术拍摄物料输送情况,结果表明试验与仿真模拟误差为4.08%,验证了数值仿真结果的可靠性,为解决单纵轴流联合收获机输送系统的堵塞问题提供了理论依据。     

4GX-100型小区小麦种子收获机改进设计与试验

为进一步提升自行研制的小区小麦种子收获机工作性能,降低和改进一代样机采用梳脱割台所造成的籽粒飞溅损失大,脱粒装置喂料口及其罩壳内部易滞种、堵塞等问题,对4GX-100型小区小麦种子收获机进行改进设计。结合样机传动系统方案,对其双层收获割台、伸缩拨指式锥型脱粒装置进行设计,确定锥型滚筒结构参数（喂入段、脱粒段长度,大、小段面尺寸）,对脱粒元件结构参数、数量及周向分布进行计算,获得锥型滚筒转速在406~610r/min之间,伸缩拨指长度为172.5mm,其偏心距为40mm。为降低样机收获作业时的滞种率,利用离散元软件EDEM建立脱粒物料颗粒模型（小麦籽粒、短茎秆）,对锥型脱粒装置内脱粒物料的运动迁移过程进行模拟仿真与特征解析,分析研究脱粒物料中小麦籽粒的平均速度、位移随脱输时间的变化规律。改进样机田间作业性能试验表明,当样机喂入量达到0.52kg/s时,整机总损失率为1.18%,种子破碎率为0.13%,含杂率为0.64%,滞种率为0.02%,生产率可达0.18hm2/h,仅需短暂空转便可快速清机;整机运行平稳,脱粒装置喂料口及罩壳内部无堵塞现象,伸缩拨指式锥型脱粒装置能够有效抓取、脱输喂入物料,具有较强的适应性,作业机各项性能指标符合设计要求与技术标准的规定。     

半喂入联合收获机同轴差速脱粒滚筒设计与试验

针对半喂入联合收获机收获超级稻和难脱粒的粳稻时脱粒不净引起损失的问题,设计了半喂入同轴差速脱粒滚筒,并与单速脱粒滚筒进行了脱粒对比试验,对各种脱出物料的实测数据用Matlab软件建立了3D图像及其数学模型。结果表明：差速滚筒未脱净籽粒约0.06%,比单速滚筒降低61.25%;3D图像显示差速脱粒的各种脱出物料在筛面上分布比单速脱粒均匀。半喂入同轴差速脱粒装置集高、低转速对脱粒性能的有利作用于一体,能较好解决半喂入联合收获机收获超级稻和粳稻时脱粒不净引起的损失,并使损失率、破碎率和含杂率等性能指标都达到较优水平。     

小区谷物联合收获机作业速度智能调控算法设计与仿真

针对小区谷物联合收获机收获过程中人工操作不能及时调整收获作业速度从而导致脱粒滚筒发生堵塞、严重损伤种子及影响小区试验结果正确性的问题,设计了脱粒滚筒转速—期望作业速度模糊控制器与模糊PID作业速度智能调控算法。根据脱粒滚筒转速变化情况不断地调节作业速度,使喂入量保持在脱粒滚筒额定范围内,防止发生堵塞,在保证脱粒质量的前提下,提高作业效率。同时,建立了小区联合收获机行走系统的数学模型,并以实际试验数据对算法进行了Simulink仿真试验验证,结果表明调控算法正确可行。     

草谷比对多滚筒脱粒分离装置性能影响的试验研究

为研究不同草谷比的水稻对多滚筒联合收获机脱粒分离装置的功耗、脱粒损失率及杂余含量的影响,在多滚筒脱粒分离装置试验台上采用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）,在相同结构参数和工作参数下对喂入不同草谷比的水稻（即不同茎秆长度的水稻）进行脱粒分离性能对比试验。试验结果表明：喂入茎秆长度越短的水稻（即草谷比越小）。脱粒滚筒功耗和脱出物杂余含量越低,但脱粒损失率越高,在保证脱粒损失率≤0．6％并尽可能降低多滚筒脱粒分离装置功耗和杂余含量的情况下选取最佳喂入水稻长度为675mm,当喂入量为4．5kg／s且喂入水稻长度为675mm时．切轴轴3滚筒脱粒分离装置的总功耗为22．47kW,脱粒损失率为0．587％,脱出物杂余含量为6．92％。     

杂粮联合收割机脱粒装置参数选择

目前，我国收获杂粮一般是将稻麦联合收割机进行改造后作业。脱粒装置是联合收割机的核心，它是联合收割机技术性能指标的主要完成装置。国内大部分脱粒装置为钉齿、纹杆、弓齿等结构类型。80年代后期发展起来的钉齿螺旋式脱粒装置具有以下优点：不堵塞、效率高、脱净率高、破碎率小。此类脱粒装置是杂粮脱粒工序的发展方向。本文所说的杂粮主要是指大豆、养麦、青豆等、在滚筒试验过程中选定线速度为10．5—12．5m／s、钉齿后倾角为15°、凸板包角180°、滚筒与凹板间的间隙为10──30mm的条件下，确定滚筒结构参数。互钉齿螺旋式滚筒的结…     

纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒分离装置设计与试验

为满足黄淮海地区较高含水率玉米籽粒直收作业要求,解决现有籽粒收获机籽粒破碎率和未脱净率高、玉米芯轴苞叶易堵塞凹板等问题,在分析现有脱粒装置结构特点的基础上,设计了一种“柔性钉齿+双扭簧压力短纹杆”组合式脱粒元件和“六棱孔网格筛+鱼鳞式脱粒橡胶辊”组合式脱粒凹板相配合的柔性脱粒分离装置。对关键部件进行理论分析,确定了影响脱粒性能的主要因素,利用搭建的纵轴流辊式组合玉米柔性脱粒试验台进行单因素试验,得到脱粒性能较好时滚筒转速、辊筒传动比以及脱粒间隙的变化范围。以滚筒转速、辊筒传动比和脱粒间隙为试验因素,以籽粒破碎率、未脱净率为指标进行三因素三水平正交试验。结果表明,对籽粒破碎率和未脱净率影响由大到小均为滚筒转速、辊筒传动比、脱粒间隙;最优参数组合为滚筒转速475r/min、辊筒传动比1.5、脱粒间隙45mm,此时籽粒破碎率为3.76%,未脱净率为0.52%。对该组合进行试验验证,各指标符合国家相关标准要求。     

谷物脱粒-秸秆粉碎一体机的设计与试验研究

针对新疆南疆地区谷物秸秆利用率低、无法实现谷物脱粒和秸秆粉碎一体化作业等问题,研制了一种谷物脱粒-秸秆粉碎一体机,主要由喂入装置、脱粒装置、粉碎装置和清选装置组成.喂入装置的设计可以防止物料在储料凹腔中发生堵塞,提高了喂入效率.以滚筒转速、脱粒间隙为试验因素,以未脱净率为试验指标进行正交试验,结果表明:影响脱净率的较优...     

4LZ-1.0小型收割机设计及脱粒分离装置优化

为了适应西南丘陵山区的作业环境,改善脱粒分离损失较大、含杂较高且容易堵塞的问题,提高水稻机械化收获水平,设计了可满足1.0喂入量的小型联合收割机。通过对比试验分析双切流脱粒分离装置脱粒清选性能,对脱粒滚筒不同钉齿布置形式、滚筒线速度进行了优选。试验结果表明:双切流小型联合收割机收获水稻的最佳组合方式为:第1滚筒采用弓齿结构、滚筒线速度为19m/s,第2滚筒采用钉齿结构、滚筒线速度为20m/s时,脱粒分离效果较好。优化后的4LZ-1.0小型收割机在水稻收割试验时,含杂率为1.28%,损失率为1.6%,破碎率为0.17%,生产率为0.12hm2/h,满足设计要求。     

纵轴流玉米脱粒分离装置设计与试验

针对黄淮海地区籽粒直收时籽粒损伤严重及未脱净率高的问题,结合现有的玉米脱离分离装置的特点,设计了一种纵轴流式变径变间距玉米锥形脱粒滚筒,以及利用可调节双头拉杆调节工作倾角的脱粒分离装置倾角调节装置.设计了脱粒元件在锥形滚筒的安装位置及排列方式,分析了脱粒元件与籽粒接触的脱粒动力学过程,并查阅相关文献确定了脱粒装置关键参...     

伸缩杆齿式荞麦脱粒装置研制与三因素正交试验分析

针对荞麦机械化收获破碎率高、含杂率大、容易发生“绕辫子”而堵塞脱粒滚筒等问题，研制一种伸缩杆齿式脱粒装置，利用纹杆滚筒和栅格凹板对作物的揉搓、梳刷作用实现脱粒，而与纹杆滚筒相配合的伸缩式杆齿，能够很好地将作物进行翻腾、向后推送，避免了秸秆缠绕，提高了脱粒效果。将该脱粒装置安装于荞麦脱粒性能试验台，选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素建立了三因素正交试验，通过极差分析得到最佳工作参数组合为滚筒转速350r/min，脱粒间隙10mm，喂入量1.0kg/s，该条件下，籽粒破碎率为3.42%，籽粒损失率为0.14%，满足荞麦机械化收获指标，为伸缩杆齿式脱粒装置的应用和荞麦联合收获机的研发提供理论依据。     

不同滚筒转速轴流装置籽粒运动和碰撞对比分析

借助高速摄像技术,对钉齿式轴流脱粒与分离装置在不同滚筒转速条件下自由籽粒运动过程和碰撞过程进行了对比试验研究,得出滚筒转速变化时自由籽粒的运动规律和自由籽粒与钉齿碰撞后的运动规律。结果表明：滚筒转速增加,自由籽粒的运动速度随之增大,多数自由籽粒处于中速运动状态,受钉齿碰撞后呈加速运动趋势。     

纵轴流双柔性碾搓式谷子脱粒装置设计与试验

针对谷子机械收获过程中谷码率高、破损率高、未脱净损失率高的问题,设计了一种纵轴流双柔性碾搓式谷子脱粒装置。该装置采用纵轴流脱粒滚筒,脱粒滚筒上通过安装柔性橡胶辊降低了谷子籽粒破损率,从而实现谷子柔性低损伤脱粒,橡胶圈外表面的波浪形凸起对谷子具有很好的碾搓脱粒性能。柔性凹板筛由空心圆柱旋转筛分单元两两相互交错组成,每组两排空心圆柱旋转筛分单元相互交错配合,形成适合谷子籽粒分离的U形孔,凹板筛支撑装置具有微动性与柔性凹板筛配合形成柔性微动凹板筛,有利于谷子籽粒分离和降低谷码率。选取喂入量、滚筒转速和脱粒间隙为试验因素,以谷码率、破损率、未脱净损失率和功耗为指标,进行了三元二次回归正交旋转组合试验确定了喂入量、滚筒转速和脱粒间隙的最佳参数组合。结果表明:当喂入量1.4 kg/s、滚筒转速735 r/min和凹板间隙9 mm时,谷子籽粒破损率为0.35%,谷码率为1.78%,未脱净损失率为0.64%,功耗为10.6 kW。     

玉米收获机低损变径脱粒滚筒设计与试验

针对华北地区玉米收获时籽粒含水率较高、籽粒直收破碎率较高的问题,设计了一种变径脱粒滚筒。滚筒前端直径渐变增大直至与脱粒分离段等径,通过提高滚筒变径段果穗容纳能力,增强果穗之间柔性接触,有效“松散”籽粒之间及籽粒-芯轴之间作用力,使果穗更易于脱粒,从而实现籽粒与芯轴的快速分离,有效提高了脱粒速度,降低了籽粒破碎率。对果穗与脱粒元件受力进行分析,研究变径段锥度对果穗受力的影响。基于动力学仿真试验,分析了果穗与脱粒元件之间的接触力以及果穗-果穗和果穗-脱粒装置之间的接触频次,结果表明,变径滚筒提高了果穗之间的接触频次,降低了脱粒元件与果穗的直接接触,即变径滚筒中果穗之间接触揉搓作用更强。以滚筒转速、凹板间隙及籽粒含水率为试验因素进行了三因素四水平正交试验,确定最优组合为籽粒含水率26%、滚筒转速350 r/min、凹板间隙50 mm,此时籽粒破碎率为4.13%、籽粒未脱净率为0.34%。在籽粒含水率为27%时与等径滚筒进行了对比脱粒试验,按籽粒的完整性将破损籽粒分为全碎籽粒、裂纹籽粒、破皮籽粒及顶部破碎籽粒,结果表明,变径滚筒的籽粒总破碎率为4.64%,比等径滚筒的总破碎率降低19.16%,破损籽粒中全碎籽粒、裂纹籽粒及破碎籽粒所占比例均明显降低;变径滚筒未脱净率为0.42%,比等径滚筒的未脱净率降低51.72%,证明变径滚筒能够有效降低籽粒破碎率及未脱净率。     

伸缩杆齿式荞麦脱粒装置研制与参数优化

针对荞麦机械化收获破碎率高、含杂率大、容易发生“绕辫子”而堵塞脱粒滚筒等问题,研制了一种伸缩杆齿式脱粒装置,利用纹杆滚筒和栅格凹板对作物的揉搓、梳刷作用实现脱粒,而与纹杆滚筒相配合的伸缩式杆齿,能够很好地将作物进行翻腾、向后推送,避免了秸秆缠绕,提高了脱粒效果。将该脱粒装置安装于荞麦脱粒性能试验台,选取滚筒转速、脱粒间隙和喂入量作为试验因素建立了3因素正交试验,通过极差分析得到最佳工作参数组合为滚筒转速350 r/min、脱粒间隙10 mm、喂入量1.0 kg/s,该条件下,籽粒破碎率为3.42%、籽粒损失率为0.14%,满足荞麦机械化收获指标,为伸缩杆齿式脱粒装置的应用和荞麦联合收获机的研发提供理论依据。     

钉齿式轴流装置脱粒过程高速摄像分析

以自行研制的钉齿式轴流脱粒与分离装置为研究对象,借助高速摄像设备对脱分空间内稻谷的整体运动过程、断穗的运动和脱粒过程以及自由籽粒的运动过程进行了在线拍摄。通过高速摄像图像慢放分析得出：稻谷进入脱分空间后,错综复杂地交织在一起,在旋转钉齿和导向板的共同作用下,稻谷流沿滚筒轴向螺旋向前涌动。脱分空间内断穗的运动轨迹是抛物线,其运动不平稳,速度容易出现波动。单个自由籽粒在无外界干扰时近似作匀速直线运动,运动方向与滚筒轴线方向呈一定夹角。     

切流式油葵脱粒筛分机设计与试验

针对油葵脱粒生产中存在的油葵籽粒含杂率、损失率高等问题,设计了一种切流式油葵脱粒筛分机。利用RecurDyn软件建立了振动筛动力学模型,以筛面质心点为对象分析了筛面运动规律。结果表明,该振动筛的运动有利于油葵籽粒向前输送和分散,可有效避免堆积堵塞现象。通过单因素试验确定了滚筒转速、喂入量、预设脱粒间隙的取值范围;以滚筒转速、喂入量、预设脱粒间隙为试验因素,油葵籽粒含杂率、损失率为评价指标,设计Box-Behnken试验,运用Design-Expert 10.0.7软件对Box-Behnken试验结果进行方差分析,建立了评价指标与试验因素的回归模型。以降低油葵籽粒含杂率、损失率为目标,对滚筒转速、喂入量、预设脱粒间隙进行多目标寻优求解,获得了较优工作参数组合：滚筒转速264 r/min、喂入量1.9 kg/s、预设脱粒间隙36 mm。脱粒试验结果表明,油葵籽粒含杂率、损失率分别为1.94%、2.64%,满足脱粒要求。     

联合收获机脱粒滚筒角速度控制优化设计——基于小波神经网络

脱粒滚筒是联合收获机的核心部件,其性能决定了联合收获机的工作质量和生产效率。由于不同地块和不同作物的湿度、密度不同,联合收获机的行走速度和喂入量也不同,因此脱粒滚筒的转速也应做出适当的调整,使滚筒的线速度保持在一个有较好脱粒效果的状态。为此,提出了一种新的双滚筒脱粒滚筒结构,该结构利用传感器采集滚筒信息,形成了滚筒转速的闭环反馈调节机制,并采用小波神经网络算法对转速的精度进行调节,提高了脱粒滚筒的作业精度。最后,对基于小波神经网络算法的双滚筒脱粒滚筒的性能进行了实验测试和仿真模拟,测试和仿真模拟得到的籽粒破碎率基本吻合,验证了实验的可靠性。对滚筒的脱净率进行了进一步的实验测试发现,利用神经网络算法和小波神经网络算法的脱粒滚筒脱净率都比较高,且小波算法要比单纯使用设计网络算法脱净率高。     

半喂入联合收获机回转式栅格凹板脱分装置设计与试验

针对半喂入联合收获机在收获高产水稻时容易发生脱粒滚筒堵塞、影响作业效率等问题,设计了可沿脱粒滚筒圆弧方向循环运转的回转式栅格凹板脱粒分离装置。对被脱物质点进行了受力分析,建立了回转式凹板的动力学微分方程;在自行设计的回转式栅格凹板脱分装置试验台上进行了二次旋转组合试验,建立了脱粒滚筒转速x1、回转栅格凹板线速度x2、夹持喂入链速度x3对损失率y1、破碎率y2、含杂率y3和脱分选功耗y4等工作性能指标的回归分析模型,并进行了多目标优化计算。结果表明:动态的回转栅格凹板可有效防止脱粒滚筒堵塞;最佳工作参数组合为x1=550 r/min,x2=1 m/s,x3=1.2 m/s,对应y1=2.14%、y2=0.2%、y3=0.6%。田间对比试验表明:具有回转式栅格凹板脱分装置的试验机收获高产稻时可全幅快速顺畅作业,工作效率比固定式栅格凹板的对比机提高30%以上。经法定机构检测,各项性能指标符合国家标准规定。