玉米种子加工线的计算机仿真分析

本文用计算机仿真手段对吉林省2000t的玉米种子加工线再现了其两种工艺流程,根据现场反映的配套问题和仿真结果对第一工艺流程提出了改进方案,认为现有系统的精选机生产率应增加一倍,能提高经济性,并且对具有不同仓数的系统进行了分析。     

鲜杏单体排序间隔输送装置的设计与试验

针对中国杏重要产区的新疆鲜杏加工技术落后、因不能及时加工而造成大量损失、成为杏产业发展瓶颈的实际问题,结合新疆杏加工主导产品的杏干加工过程中鲜杏切瓣、去核关键环节,依据农机农艺结合的观点和综合研究方法,在典型品种鲜杏的物理机械特性研究基础上,提出了杏单体间隔排序输送原理,研制出鲜杏自动定向切分去核机配套的单体排序输送装置;该装置采用移动并自转的鞍形辊作为单体有序输送机构、多角凸轮式摆动布料器实现鲜杏单层喂入机构和星形卸果轮式单体卸果机构等,从机械的原理上实现了鲜杏单个排序输送并单个有序卸料的功能;以黄赛买提杏和红赛买提杏为试验材料,以杏单果率和空穴率为试验指标,鞍形辊自转转速、布料板摆动频率和输送速度为试验因素,对样机性能进行正交试验和参数优化,结果表明,鲜杏单果排序率达到91.4%,空穴率1.4%,鲜杏单体排序输送工作效率1 200 kg/h。研究结果对进一步深入研发鲜杏单体排序输送装置,实现鲜杏自动定向切分去核机械化作业提供了参考。     

马齿型玉米种子定向播种推送装置设计与试验

为了实现玉米种子的定向推送,该文以定向处理完毕且呈平躺姿态的马齿型玉米种子为对象,设计了一种玉米种子定向播种推送装置,能够对玉米种子进行定向接收、移动和推送。对装置的定向接收功能进行了原理分析,以分选缺口的2个形状参数圆弧角度和深度为因素,以保留成功率和剔除成功率为指标,分别对尖端朝前和大头朝前的玉米种子进行仿真试验,得到了最佳的分选缺口参数:圆弧角度为14°、深度为3 mm。搭建玉米种子定向播种推送装置试验平台进行性能试验,结果表明装置的定向接收、移动和推送3个功能实现效果良好,对于定向接收功能,尖端朝前玉米种子的保留成功率达到93.8%,大头朝前玉米种子的剔除成功率为100%。该研究为后续的定向玉米种子弹夹制作及玉米机械化定向播种提供了参考。     

马齿型玉米种子侧立定向定距输出装置的设计与试验

为了实现玉米种子的定向定距输出,该文设计了一种玉米种子侧立定向定距输出装置,并对其定向定距原理进行了分析。该装置包括侧立排序机构和定向定距机构2部分。侧立排序机构能够对成堆玉米种子进行分散、排序输送、分选和姿态变换使之变为一列呈侧立姿态排序的玉米种子,定向定距机构能够对侧立姿态的玉米种子进行定向和定距,使其尖端统一朝前、相邻种子之间间距一致,然后排序输出。以侧立喂入轨道的倾角α、振幅Z_1、定向定距转盘的角速度w和侧立输出轨道的振幅Z_2为因素,以玉米种子的定向定距成功率和定距间距为指标,对定向定距机构进行仿真试验,得到最佳工作参数:α为3°、Z_1为0.3 mm、w为30°/s、Z_2为0.3 mm。搭建玉米种子侧立定向定距输出装置进行性能试验,结果表明在最佳工作参数下该装置工作稳定,玉米种子定向定距成功率为90.7%,定距间距平均为45 mm。该研究为后续机械化玉米定向播种提供了参考。     

揉碎玉米秸秆螺旋输送性能试验分析

针对螺旋输送装置输送农业纤维物料功耗大、生产率低、效率低等问题,该文分析了螺旋输送装置的输送性能指标和螺旋叶片受力,找出了影响叶片受力的主要因素。利用自行研制的压力测试系统和功耗测试系统对螺旋叶片受到的压力和输送装置的功耗进行了测试。针对螺旋叶片所受压力、输送功耗、生产率和输送效率等输送性能指标,研究了螺距、螺旋轴转速和喂入量对输送性能的影响。结果表明,在喂入量70 kg/min、螺旋轴转速58 r/min、螺距160～300 mm的范围内,当螺距250 mm时平均输送功耗最低,为294.63 W;螺距为300 mm时输送效率和生产率最高,分别为90%和58 kg/min。在螺距250 mm、喂入量70 kg/min、转速58～148 r/min的范围内,当转速117 r/min时生产率最高,为65 kg/min。在螺距250 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量10～70 kg/min的范围内,当喂入量70 kg/min时生产率最高,为42 kg/min。该研究为研制适合输送农业纤维物料的螺旋输送装置提供了参考。     

振动输送板上物料移动速度和位移的计算机模拟与试验验证

分析了物料在振动输送板上的相对速度和位移,建立了物料不产生抛起时的相对运动速度及相对位移数学模型,编程进行计算机模拟计算,并进行试验,证明所建立的模型与实际测试值基本一致,可用于对物料在振动输送板上输送时进行定量分析和振动输送机构优化设计。     

枸杞振动采收机理分析与试验

为深入研究枸杞振动采收机理,该文基于果-蒂分离条件及枸杞枝条间的动态传递特性进行试验研究分析,获得枸杞振动采收条件。利用振动分离试验台进行结果枝果-蒂振动分离试验,探寻最优采摘效果的振动参数组合,即激振频率18.22 Hz、激振振幅7.87 mm和枝条通过装置的行进速度20.93 mm/s,分析该组合参数下结果枝的加速度响应,获得枸杞果-蒂分离条件。在田间采用高速摄像系统对枸杞枝条间的振动传递情况进行跟踪拍摄,并用高速运动分析软件Pro Analyst对枸杞枝条的动态响应进行分析,获得枸杞三级枝和结果枝(四级枝)的加速度响应关系。对试验结果进行分析,获得了不同激振情况下枸杞振动采收所需加速度,即当所有结果枝被直接激振时,被激振处的加速度需要达到518.38~551.06 m/s~2,结果枝末端加速度需要达到347.64~390.56 m/s~2;当存在结果枝未被直接激振,而三级枝全部被直接激振时,三级枝被激振处加速度需要达到1 738.20~1 952.80 m/s~2。该文研究结果可为枸杞机械化采收提供参考。     

联合收获机脱粒系统动力学模型及调速控制仿真与试验

针对目前联合收获机脱粒调速控制系统仿真设计中所采用的功耗模型的建立仅考虑了单个滚筒的运动状态,并没有考虑到其他工作部件运动对脱粒滚筒转速变化的影响,以及脱出物中杂余含量的影响,因此有必要对联合收获机脱粒系统动力学模型做进一步的研究。该文以XG610型联合收获机为例,在对运动机构进行较为全面的动力学分析和脱粒分离试验数据的基础上,建立了脱粒系统动力学模型,并与模糊逻辑控制器相结合构建了调速控制系统仿真模型。计算机仿真结果显示,当作物密度由0.95增加到1.09 kg/m2,喂入量增加约15%时,调速系统能够在5 s内做出有效调节,避免滚筒出现过载或堵塞现象。田间试验记录数据也验证了当喂入量增加约15%时,前进速度与滚筒转速在5 s内均能有效调节至稳定状态,总体变化趋势与仿真结果相符,验证了所建立的脱粒系统动力学模型的合理性与可行性。该研究为脱粒调速控制系统的仿真设计及后续控制算法的优化提供了参考。     

有序抛秧振动输送机构的模态分析与试验研究

该文提出了一种有序抛秧机的振动输送机构,通过分析,建立了振动输送机构的有限元模型,用有限元分析软件进行了模态分析计算,并进行了模态试验,仿真计算结果与试验基本一致。通过模态分析,对振动输送机构进行优化设计,振动输送频率可取小于19.12 Hz的值,为防止振动板面的局部振动过大对钵苗输送与分秧的影响,通过改变振动输送板的参数使振动板其它几阶固有频率远离其第一阶固有频率,使振动输送机构达到均匀输送和分秧。     

脉动流化与振动输送条件下干燥工艺的试验研究

针对5HM-1型脉动流化干燥机存在的脉动效果不理想、物料输送不够流畅等问题,研制了脉动振动流化干燥机,重点解决了气流分配器的设计与布置、以及气流分配的均匀性问题,增设了振动输送装置和导料装置,解决了物料的输送与“反流”问题。利用该设备对玉米和啤酒糟这两种物料进行干燥时,加热温度分别以70～75℃和65～70℃为宜,最佳脉动频率分别为3.0 Hz和2.0 Hz左右,最佳床层倾角分别为2.5°～3.8°和3.5°～4.8°,最佳气流速度分别为0.8～1.0 m/s和0.9～1.1 m/s,在设定的床层倾角和气流速度条件下,最佳振动频率均为32 Hz左右。干燥上述两种物料时,其干燥强度分别为20.87 kg(H₂O)/m²·h和21.76 kg(H₂O)/m²·h,单位热耗分别为5.86 MJ/kg(H₂O)和4.91 MJ/kg(H₂O),单位能耗分别为7.38 MJ/kg(H₂O)和6.47 MJ/kg(H₂O)。     

液电式馈能减振器外特性仿真与试验

为了回收由路面不平引起的车辆振动能量,设计了一种车用液电式馈能减振器,并针对其外特性进行了研究。根据液电式馈能减振器组成与原理,建立了相应的数学模型,模拟试验工况计算得到了示功特性及速度特性曲线;搭建了液电式馈能减振器试验台架并进行台架试验以验证理论模型的合理性;最后,基于所建立的液电馈能式减振器数学模型分析了蓄能器充气压力、蓄能器充气体积、液压马达排量、单向阀节流口面积与液压管路内径对外特性的影响。结果表明:提高高压蓄能器充气压力可以增大系统阻尼力;增大高压蓄能器充气体积、单向阀节流口面积、液压管路内径以及液压马达排量会引起系统阻尼力减小,其中液压马达排量只对伸张行程阻尼力有影响,压缩行程阻尼力不受其影响。     

玉米秸秆揉丝破碎过程力学特性仿真与试验

由于玉米秸秆揉丝破碎过程缺乏有效数值模拟方法,在一定程度上降低了加工设备结构改进效率。该文基于离散元法(discrete element method,DEM)建立了玉米秸秆离散元模型,并通过物理试验和虚拟试验相结合对玉米秸秆粘结接触模型(bonded particle model,BPM)进行了参数校核。最后针对玉米秸秆离散元模型进行了破碎仿真以及试验验证。结果表明:以5 mm/min为加载速度进行秸秆压缩和剪切试验时,最大临界载荷分别为2 260和110 N;对BPM粘结模型进行参数校核后,得到法向刚度系数、切向刚度系数、临界法向应力、临界切向应力及粘结半径分别为9.60×10~6 N/m、6.80×10~6 N/m、8.72 MPa、7.5 MPa、2 mm,此时离散元模型力学特性与含水率为87.8%的收获期玉米秸秆相接近;仿真结束后,物料可分为短型、标准型、长型及未完全破碎型4种,与试验结果相一致,不同类型物料质量与试验结果数据偏差保持在10%以内。研究结果表明离散元法应用于玉米秸秆揉丝破碎过程仿真是可行的。     

圆周电磁振动下单粒玉米种子运动特性分析

针对基于圆周电磁振动的玉米种子定向排序输送装置的优化缺乏理论指导的问题,该文以角振幅θ0、玉米种子所处圆周半径r以及正向圆周运动角速度θ?为主要参数,采用柱坐标系对圆周电磁振动下单粒玉米种子的运动特性进行了理论研究和试验分析,得到以下结果:1)玉米种子相对运动特性表现为:其正向圆周运动、反向圆周运动、抛掷运动和离心运动都有着与之对应的临界角振幅(θ01、θ02、θ03和θ04),其中θ01θ02θ03,θ03为0.012 9 rad不变,θ01、θ02和θ04随玉米种子所处圆周半径r的增大而减小;2)玉米种子自身运动特性表现为:只有当胚面朝上时,玉米种子才表现出通过自身运动使尖端朝向与圆周运动切线方向一致的规律;3)圆周电磁振动器的最佳工作角振幅为0.008 rad,此时无论胚面朝上或朝下,玉米种子正向圆周运动角速度θ?均达到最大(胚面朝上时4.15°/s、胚面朝下时4.03°/s)。该研究丰富了圆周电磁振动下物料的运动理论,为玉米种子定向排序输送装置的优化提供了理论基础。     

基于数据融合的玉米种子内部机械裂纹检测方法

为深入研究玉米种子脱粒和输送等环节中产生的内部裂纹机理和检测技术,该文在体视显微检测基础上提出了基于融合技术的边缘检测方法。该方法采用改进的数学形态学方法和传统Sobel边缘检测算子对损伤玉米种子图像进行边缘检测,建立相应的融合规则,将2种方法检测出来的图像边缘进行基于小波变换的融合处理,并从新图像中提取玉米种子内部机械损伤的特征信息。结果表明,该检测方法结合了2种边缘检测方法的优点,有效提高了边缘检测准确性,在准确提取玉米种子内部裂纹特征同时能有效降低噪声,较单一边缘检测算法有更好的效果。     

基于机器视觉的玉米种粒定向定位摆放装置研制

为实现玉米定向、定位播种,基于图像处理技术研制了一种玉米种粒定向定位摆放装置。在介绍装置的组成和工作原理的基础上,设计了关键部件的结构,通过试验分析和理论计算,确定了关键部件的尺寸参数和安装方位,测试了导向定位管的定位精度,分析了凹型定位槽连续有效作业的条件,并结合作业精度要求,设计了控制方式并设置了控制参数。同时结合金博士郑单958种粒样本的特点,改进了合格种粒胚芽正反面和尖端朝向的图像检测算法。试验结果表明,胚芽正反面检测准确率为98%,尖端朝向检测偏差小于8°,凹槽定位准确率为97%,定位吸取准确率为94%,定位摆放准确率为99%,摆放后角度偏差不大于10°,满足设计要求。该研究可为实现种粒的定向包装以及后续的定向播种提供参考。     

上拉茎掰穗式玉米收获台架试验与分析

针对现有摘穗装置存在的果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,该文采用了自上而下的掰穗原理,搭建了上拉茎掰穗式玉米收获试验台,进行了摘穗辊转速、两摘穗辊间隙和摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失的影响试验;试验中采用高速摄像系统对玉米摘穗过程进行快速捕捉,有助于后期的综合分析。通过单因素试验和方差分析表明,玉米摘穗辊转速对玉米籽粒损失率有显著的影响,在500~1 000 r/min变化范围内,玉米籽粒损失率的变化先降低再升高,700 r/min时损失最小,籽粒损失范围0.22%~0.39%;两摘穗辊间隙在4~12 mm范围内,玉米籽粒损失总体呈下降趋势,间隙为10 mm时损失最小,玉米籽粒平均损失率0.33%,两摘穗辊间隙对玉米籽粒损失率有显著的影响;摘穗辊与水平面夹角对玉米籽粒损失影响不明显。试验结果表明,采用自上而下的摘穗方式能够有效的降低传统摘穗装置果穗啃伤、籽粒损失严重等问题,实现低损伤摘穗。该研究丰富了玉米摘穗理论,为玉米收获机型的研发提供了参考。     

基于颗粒聚合体的玉米果穗建模方法

在采用离散元法分析玉米脱粒过程时,需要建立玉米果穗的分析模型。该文根据玉米果穗的结构和形态,提出基于颗粒聚合体的玉米果穗分析模型建模方法,并研制了玉米果穗的建模软件,同时添加到自主研制的玉米脱粒过程分析软件中。通过实际玉米果穗与其分析模型的对比和玉米脱粒过程的初步仿真分析,证明了该玉米果穗建模方法的可行性,为采用离散元法分析玉米的脱粒过程奠定了基础。