改进型烟秆拔秆粉碎机机架轻量化设计

研制了一种集烟秆拔秆、输送、粉碎和收集作业为一体的改进型烟秆拔秆粉碎机,且机架是影响整机质量和功率消耗的关键部件之一。为减轻机架质量和分析其动态特性,以机架为研究对象,建立机架有限元模型并进行静应力分析。在有限元分析的基础上,采用拓扑优化和基于遗传算法的多目标优化方法对机架进行轻量化设计,并以机架轻量化设计后的参数进行样机试制和机架振动验证试验。结果表明:优化后机架质量减轻了18%,样机的振动幅值谱在83.894Hz或其倍频处达到峰值,且激振频率远低于样机1阶固有频率,轻量化设计后的样机不会发生共振,改进型烟秆拔秆粉碎机机架的轻量化设计结果合理。     

一体式烟秆拔秆破碎机工作参数优化与试验

针对现有烟秆拔秆设备拔秆效率较低、结构功能单一等问题,研制了一种能实现烟秆拔起、抓取、输送、清理及破碎等作业功能的一体式烟秆拔秆破碎机。为得到该机具的最优工作参数组合,选取了机组行进速度、刀辊转速和对辊转速3个因素进行单因素试验和Box—Behnken中心组合响应面优化试验,建立漏秆率和破碎粒径合格率为响应指标的数学模型,分析各影响因素对评价指标的响应规律。优化结果表明:机具最优工作参数组合为行走速度0.37m/s、刀辊转速140r/min、对辊转速551r/min,此时烟秆漏秆率为4%,破碎粒径合格率为9 3.8%。该研究结果可为样机拔秆破碎作业时工作参数的选取及机械传动式二代样机的传动比设计提供依据。     

拔秆粉碎一体化烟草拔秆机设计与试验

针对丘陵山区土壤黏重导致现有烟秆拔取装备作业效果差,烟秆拔取后无后续处理等问题,基于烟叶种植农艺要求和丘陵山区烟田特点,创新设计了一种对辊双螺旋组合式烟秆有序拔取装置。根据烟秆的相关物理参数,对拔取过程中烟秆进行受力分析,以此优化拔取装置双辊轴的设计以及安装位置,实现烟秆有序拔取。创新设计一种烟秆横向有序输送后粉碎归集装置,阐述了其工作原理,利用Creo三维软件对整机进行三维建模,并制作了样机。在实验烟田进行了烟草拔杆机性能试验,试验结果表明,所设计的拔取粉碎一体化烟草拔杆机能够满足烟秆拔取以及粉碎要求,平均烟秆拔取率为95.8%,平均拔秆效率为2亩/小时,从而验证了烟草拔秆机理论分析与设计的准确性及合理性。研究结果可为丘陵山区烟草拔秆机研究提供参考。     

一种烟草拔秆机切碎装置的设计研究

为了充分利用烟秆资源在烟草拔秆机上设计了烟秆切碎装置使烟秆在田间拔秆的同时将烟秆切碎装袋,文章实际情况出发,设计了一种与烟草拔秆机配套使用的小型圆盘式双滚筒切碎装置,对该切碎装置的主要技术参数进行了设计,确定了比较合理的结构参数和工作参数。     

烟草拔秆机物流过程虚拟试验

为了研究烟草拔秆机的拔秆切蔸过程,利用PRO/E和ADAMS软件对烟草拔秆机的整机及其关键部件进行运动学和动力学仿真,分别对扶起装置、夹持拔秆装置、切蔸装置等关键技术进行虚拟试验,研究了各个部件收获烟秆时的物流过程。结果表明,虚拟样机能够顺利实现烟秆的扶起、拔取、切蔸等工序,为烟草拔秆机的进一步设计研究提供了参考。     

烟秆拔秆粉碎机的改进设计与刀辊功耗仿真

针对自行研制的一体式烟秆拔秆粉碎机田间试验时存在整机振动较大、功耗较高、机组高速行进时对辊传输机构传输不流畅等问题,对该机的拔秆刀辊参数、粉碎机结构、输送机构和传动系统进行了改进设计。首先,确定了最优双螺旋排列下拔秆刀辊的弯刀参数为:回转半径R=240mm,正切部弯折半径r=35mm,工作幅宽b=35mm,转速为110r/min。其次,将粉碎机设计为轮盘式结构并居中布置,可一次性完成多根烟秆的粉碎,且消除上一代机具中捶片式粉碎机由于偏心布置造成的振动较大的问题,同时设计了由夹持喂入对辊、链网输送机和喂料口对辊组成的传输机构,可实现多根烟秆的同时传输,输送性能好,并采用机械传动代替原来的液压传动,简化样机结构及操作复杂性。最后,利用EDEM对拔秆刀辊进行切削烟垄的功耗仿真分析,结果表明:刀辊稳定切削烟垄时的作业平均功耗为3.02kW,与通过旋耕机经验公式得到的推导值误差为5.63%,验证了拔秆刀辊设计的合理性。改进设计后的整机结构更紧凑,适应性和作业性能更好。     

一体式烟秆拔秆粉碎机设计与仿真

依据烟秆回收农艺要求,设计了一种一体式烟秆拔秆粉碎机,主要由拔秆刀辊、输送对辊、粉碎机构和液压传动系统4部分组成,可一次性完成烟秆的拔起、输送、清理及粉碎抛送等作业,并对烟秆拔秆粉碎机关键部件进行了设计。采用掘蔸式拔秆刀辊结构,确定了拔秆刀辊弯刀参数和弯刀的4n±2最优数列双螺旋线排列,减小了工作阻力,提高了拔秆效率;设计了具有不同齿形状和转速的多级输送对辊,实现了烟秆的抓取、清理和稳定输送;采用液压传动系统设计,简化了传动系统的复杂性,实现了各工作机构的无极调速,为得到拔秆粉碎机的最优工作参数组合及功率分配奠定了基础;最后,对拔秆刀辊进行运动仿真及分析,验证了拔秆刀辊参数设计的合理性。该机适应性较好,能减少烟秆综合利用的预处理环节,促进烟秆的高效综合利用。     

切割式田间烟秆清理一体机的设计

【目的】云南烟田烟秆清理存在一些问题,如链夹持式烟秆清理机夹持链条与烟秆之间容易打滑,刨掘式烟秆清理机无法良好深入云南土壤,作业过程中烟根上的土块难以抖落,还会将地膜撕碎,不利于地膜的捡拾等,这些问题亟待解决。【方法】课题组采用切割烟秆的方式,设计了一种适用于云南烟田的烟秆清理粉碎机,该烟秆清理粉碎机能一次性完成烟秆的清理、输送、粉碎和抛送等工作,其主要由圆盘锯刀、输送辊、输送链网、粉碎机、分动箱及机架等组成。课题组对整机的切秆装置、粉碎装置、输送装置进行研究和分析,对关键部件进行设计,确定了工作参数。【结果】利用SolidWorks Simulation对圆盘锯刀、输送辊、动刀片、甩刀进行静力学分析,它们的最大应力分别为2.102 MPa、10.08 MPa、10.67 MPa、103.1 MPa,均在材料屈服强度范围内,验证了该烟秆清理粉碎机结构强度符合设计要求。     

烟秆颗粒微波干燥设备的设计

为了设计出高效的烟秆颗粒微波干燥设备,将烟秆颗粒作为试验材料,设置微波功率、物料厚度及干燥室压力为试验因素进行多因素正交试验,结果表明:微波功率对烟秆颗粒干燥速率影响效果显著;当干燥室压力为-24.3 k Pa、微波功率为695.7 W、物料厚度为12.9 mm时,烟秆颗粒制备生物质燃料条件最佳。同时,根据工艺参数设计烟秆颗粒的微波干燥设备,对干燥设备输送机关键零部件进行选型,确定了微波干燥功率,设计并搭建了微波干燥控制系统。     

烟秆弯曲与压缩特性试验

为设计烟秆拔取、切割、粉碎和夹持机构,需知道烟秆的某些物理特性,为设计提供设计参数。以收获期烟秆为试验对象,在SANS-CMT6104微机控制电子万能试验机上进行了弯曲、压缩试验。试验结果表明:烟秆抗弯模量平均值64.74MPa,标准差为3.49MPa;最大抗弯强度平均值40.77MPa,标准差1.33MPa;压缩弹性模量平均值为10.41MPa,标准差为4.53MPa。烟秆的最大抗弯力为1668.51N,最大抗压力为2366.87N,最大抗压应力对应的应变值为16.09mm。     

烟秆拔秆破碎机机架轻量化设计与随机振动疲劳分析

为优化自行研制的一体式烟秆拔秆破碎机质量及作业功耗,探究随机振动对整机疲劳寿命的影响,采用基于遗传算法的多目标优化、振动试验和基于功率谱密度(PSD)的随机振动疲劳计算等方法对机架进行轻量化设计和疲劳寿命分析。首先通过振动试验获得典型测点的加速度功率谱密度,再将其作为随机振动载荷添加到有限元中进行随机振动响应分析,最后计算出该载荷机架的疲劳寿命。结果表明,优化后使机架的在保证结构强度的基础上质量减轻19.6%,当随机振动频率为47.814 Hz时,机架的功率密度谱最大响应值为6.66e-7 m~2/Hz,随机振动载荷下烟秆拔秆破碎机的振动疲劳寿命约为3.65年。     

一体式烟秆拔秆破碎机振动测试与分析

自行研制的一体式烟秆拔秆破碎机存在振动较大、噪音严重、工作质量及可靠性不能令人满意等问题,要解决该问题首先需研究机器系统的振动影响因素。为此,采用DH5925动态信号测试系统对怠速和满油门条件下拖拉机发动机空载、整机空载及田间拔秆实载作业的5种工况下该机的8个测点处的振动进行了测试与分析,得到相应的振动时域特性和频谱特性分布规律,以寻找主要因素。试验结果表明:整机在全油门空载工况下由发动机引起的振动频率为153. 23Hz,破碎机、对辊传输结构、拔秆刀辊引起的激振频率分别为48. 34、27. 5、4.88 Hz,且田间拔秆作业时整机各测点的振动幅度达到2. 65、3. 05、2. 42、2. 99、2. 73、2. 5、2. 81、2. 13 m/s2,相比空载下振动幅度明显增大,这表明拖拉机发动机不平衡燃烧力矩及二阶不平衡惯性力、拔秆刀辊、对辊传输机构及破碎机的回转运动是拔秆破碎机振动的主要原因。对振源部件与机架连接处的减振结构优化,可为降低该机振动的整机结构优化和二代样机设计提供依据。     

我国烟秆清理机械现状与发展建议

我国烟秆清理仍主要采用人工方式,费时费力,且效率低。随着农业机械化的持续推进,烟秆清理机械的研发项目越来越多,但仍存在许多亟待解决的实际问题。基于此,课题组分析了国内外烟秆清理机械发展现状,当前国外的烟秆清理机械技术较为先进,不仅工作效率高,而且还朝着多功能、自动化、信息化方向发展;我国烟秆清理机械按照功能的不同可以分为普通烟草拔秆作业机械和烟草拔秆粉碎作业机械,并举例分析了两类机械的结构以及工作原理。研究发现我国烟秆清理机械发展存在烟秆清理机械结构不合理、价格过高、研发基础较弱、烟区种植规模较小、不同地域对机械需求差异大等问题,并针对存在的问题提出了严格规范农艺要求、大力研发自走式多功能烟秆清理机械、加大农机购置补贴力度、促进烟草种植规模化等措施建议,以促进烟田清理机械化发展,并为烟秆清理机的进一步研究和开发奠定基础。     

密植棉秆对行起拔铺放机的设计与运动仿真

基于棉花穴播器工作原理,采用逆向工作方法设计了一种适用于密植种植模式的棉秆对行起拔铺放机,可实现对机采棉棉秆的减阻开沟、对行整秆起拔、铺放等作业,且具有分离泥土和整理棉秆的功能;该机一次作业6行,经计算得理论生产率约为1.21～1.26 hm~2/h。运用SolidWorks Motion对拔秆装置进行了运动仿真,分析了在拔秆装置转速一定时(207.69 r/min),机组在不同前进速度下两个相邻拔齿刀端点的运动路径,得出机组的前进速度约为1 600～1 660 mm/s时,可使拔秆装置正常有序工作。该研究为该机组结构优化、物理样机的搭建、优化拔秆装置旋转速度和前进速度的匹配提供参考。     

基于CATIA的烟秆清理机机架模态分析

烟秆清理机是烟农处理残留烟秆的重要设备,共振不利于其正常工作。文章首先对烟秆清理机机架进行CATIA三维建模,然后导入到模态分析平台进行模态分析。通过模态分析,得出烟秆清理机机架前10阶模态的固有频率和模态振型,并与其额定工作时的频率对比,探讨烟秆清理机机架在额定工作时是否会产生共振。     

烟秆拔除机的设计仿真与试验研究

针对烟田中烟秆的拔除难度大、拔除效率低等问题,采用三维建模软件Solid Works设计了一种新型烟秆拔除机,拔秆装置由一对不同旋向的笼状鼓形旋刀组成,可一次性完成拔秆、除土、平垄及覆盖杂草等作业;同时,利用机械系统动力学分析软件ADAMS对拔秆装置进行运动学仿真。仿真结果表明:机具作业轨迹曲线稳定,1个时间周期内沿X轴方向(机具前进方向)的位移变化量为400.5mm,验证了机具结构设计的合理性,且符合实际作业情况。田间性能试验表明:机具的通过性良好,作业效率为0.42hm2/h,烟秆断蔸率为1 0.2%,附土率为15.6%,效果远远优于人工拔除作业。     

基于CATIA的烟叶拔杆机设计与仿真

针对现有烟叶拔杆机无法适用于山地丘陵烟区的现状,对烟叶拔杆机进行了研究,提出了一种新的设计方案.基于CATIA对烟叶拔杆机的关键零部件及整机结构进行了设计,建立了烟叶拔杆机的虚拟样机,并对虚拟样机进行干涉分析与运动仿真,结果显示整机结构不存在干涉现象,工作部件的运动轨迹符合设计要求,为烟叶拔杆机的进一步研制奠定了基础.     

不同因素对烟秆颗粒压缩成型影响的试验研究

由于烟秆颗粒压缩成型与一般常见秸秆物料的压缩不同,因此通过自制压缩模具和100T硫化机对粉碎后的烟秆颗粒进行了压缩成型试验,分析了不同粒度大小、不同喂入量和不同成型压力对粉碎后烟秆颗粒压缩成型块压缩密度、松弛密度和松弛比的影响。研究结果表明:成型压力对烟秆压缩成型的影响十分显著,增大成型压力是改善压缩块性能最有效的方式;其次是粒度大小,粒度越小越易压缩成型,但粒度太小有可能会影响烟秆颗粒的下一步处理;而喂入量对烟秆压缩成型的影响并不显著,但鉴于喂入量对实际生产的重要性,其作用机理仍需进一步研究。     

基于UG的水稻割晒机割台虚拟样机设计

虚拟样机可以对机械系统进行运动学和动力学分析。为此,运用三维建模软件UG对水稻割晒机割台零部件进行三维建模、装配,完成割晒机割台的虚拟样机设计。虚拟样机的设计需要高尺寸精度与各零部件之间的准确约束,通过零部件的三维绘制与装配,再进行整机的装配,对样机进行干涉检查,可提高研发效率。虚拟样机的设计为后续的虚拟样机运动仿真、割台的结构优化奠定了良好的基础。     

烟秆切割器切割参数的试验分析与研究

针对单圆盘电动烟秆切割器转速、刀盘形状及切割角度对烟秆切割功率的影响问题,在试验台上对烟秆试样进行了单因素和多因素切割功率测试,并用MatLab、SPSS对实验数据拟合分析。单因素试验结果表明:星齿形刀盘比交替齿形刀盘功率消耗低;刀盘转速与切割功率呈正相关;切割功率随切割角度增加先减小后增加,20°时切割功率最小。多因素试验结果表明:对烟秆切割功率的影响大小依次为刀盘形状、切割角度、刀盘转速;最佳切割方案为星齿形刀盘,切割角度20°,刀盘转速2 500r/min。研究结果为设计功率匹配的切割器提供了理论依据。