帆布带式马铃薯挖掘-残膜回收联合作业机设计与试验

为解决西北旱区大面积推广马铃薯大垄双行覆膜栽培模式所造成的田间残膜污染问题,设计了帆布带式马铃薯挖掘-残膜回收联合作业机,实现了马铃薯挖掘收获与残膜回收的一体化作业。通过对样机防缠绕装置、帆布带式送膜装置及浮动卷膜装置关键工作参数进行计算分析,确定影响联合回收机残膜回收率的相关试验因素及其取值范围。依照Box-Behnken试验设计原理,采用四因素三水平响应面分析方法,建立了作业机前进速度、卷膜驱动辊转速、输膜轴转速和输膜板倾角与残膜回收率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明:4个因素对残膜回收率影响的主次顺序为:卷膜驱动辊转速、作业机前进速度、输膜轴转速和输膜板倾角;联合回收机最佳工作参数为:作业机前进速度0.72 m/s、卷膜驱动辊转速303 r/min、输膜轴转速499 r/min、输膜板倾角29°。验证试验表明,联合回收机残膜回收率均值为92.1%,较优化前有明显提升;同时在此工作参数条件下,作业机明薯率为96.6%、伤薯率为2.2%,各项作业指标均达到国家和行业标准要求。     

青稞芒的生物力学特性试验研究

为提高对青稞机械化联合收获和脱粒的效率、芒草分离率和碎芒率,减少含芒率,以及提高对青稞芒做饲料用的利用率,对甘肃,青海种植较广的昆仑14号、肚里黄、北青23号3种不同品种的青稞芒进行拉伸及剪切的生物力学特性试验,得出青稞芒的弹性模量、拉伸最大力、抗拉强度、剪切最大载荷、及剪切强度等各生物力学特性参数的大小,优选出适宜机械化联合收获和脱粒的青稞品种。结果表明:昆仑14号平均弹性模量为2 037.786MPa,拉伸最大力为2.828N,抗拉强度为14.2MPa,剪切最大载荷为4.669N,剪切强度为0.030MPa。与肚里黄、北青23号相比,昆仑14号各项生物力学特性参数数值较小,适宜机械化联合收获、脱粒和碎芒,为青稞机械化联合收获、脱粒及碎芒提供技术参考。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机改进设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机作业过程中存在起膜齿仿形效果差、易拥堵,以及卷膜辊集膜、卸膜性能不理想等问题,对该机具的仿形弹齿部分和卷膜装置部分进行了改进设计。整个仿形弹齿由多个单铰接起膜齿和凸轮轴组成,每个单铰接起膜齿在凸轮轴的作用下可以实现单独仿形,且能完成相邻两起膜齿在空间上的间歇运动,以解决起膜装置局部仿形能力差、壅土及相互搂膜干涉问题;卷膜装置由主、从动滚筒及变径卷膜辊组成,其中,改进设计的变径卷膜辊依靠手动拉杆和内置弹簧实现外轮廓直径可变,优化后的活动叶片通过内外齿的啮合使其在打开与闭合状态下都能保证其外轮廓为“封闭”的圆柱体,从动滚筒外围加装了人字形输送齿,使得卷膜装置整体在工作时运转更加平稳,变径卷膜辊与主、从动滚筒可以始终保持接触,避免了因摩擦力突变引起的变径卷膜辊在主、从动滚筒上方停滞不转动的现象。通过分析偏心拨齿滚筒的搂集、抛送和脱落过程,确定了偏心拨齿滚筒的最小转速为164.92r/min。结合正交试验,以地膜回收率、缠膜率和含土率为评价指标,应用综合评分法得出作业机工作时各显著性参数对其各指标的综合性能影响主次顺序为：机具前进速度、反向刮膜板转速、偏心拨齿滚筒转速、凸轮轴转速。田间试验表明,在机具作业3.km/h、输送辊转速140.4r/min、凸轮轴转速130.6r/min、偏心拨齿滚筒转速为183.6r/min、反向刮膜板轴转速为120.8r/min时,残膜回收率为90.26%,缠膜率为1.94%,含土率为25.41%,满足全膜双垄沟残膜回收技术要求,为残膜回收机具的设计提供了参考依据。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机的设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机存在的作业效率低、结构复杂、回收率低、适应性差等问题,设计了一种新型玉米全膜双垄沟残膜回收机。该机主要由起膜铲、输膜栅条、锥型卷膜辊、集膜箱、机架以及减速器等部件组成。阐述了该机的工作原理和设计方案,机具的田间试验表明,其残膜捡拾率达到95.3%。     

制种玉米与剥皮机构互作过程仿真与试验

针对制种玉米利用大田玉米剥皮机作业籽粒损失大等现象,本文对剥皮过程中制种玉米果穗与剥皮机构间的碰撞和摩擦进行理论分析,得到了影响剥皮效果的主要因素,建立了玉米果穗-剥皮机构系统的离散元与多体动力学柔性模型,利用DEM-MBD联合仿真技术对制种玉米与剥皮机构互作过程进行模拟研究,采用Box-Behnken试验设计原理,以压送器与剥皮辊间距、剥皮辊转速和剥皮辊间隙为试验因素,以果穗平均前进速度和最大受力为试验指标,进行三因素三水平试验,最后进行台架试验和田间试验。理论分析结果表明：玉米果穗沿剥皮辊轴线方向的前进速度和剥皮过程中所受的作用力能够分别表征苞叶剥净率与籽粒损失率;试验结果表明,制种玉米剥皮机构最佳工作参数组合：压送器与剥皮辊间距为32mm、剥皮辊转速为430r/min、剥皮辊间隙为-0.3mm,此时玉米果穗苞叶剥净率为93.33%,籽粒脱落率为1.802%,籽粒破损率为1.203%,机具田间试验与台架试验结果误差小于3%。试验所用剥皮辊满足制种玉米剥皮的性能要求,所用方法能够为制种玉米剥皮机构的改进提供参考。     

带有蓄土装置的胡麻精量穴播联合作业机的设计与试验

针对西北地区胡麻播种机旋耕取土装置取土不均匀导致膜上覆土不均匀的问题,设计一款带有蓄土装置的胡麻精量穴播联合作业机。该机具由旋耕装置、地膜覆土装置、滴灌带铺设装置、地膜铺设装置和播种装置组成。根据农艺种植要求对机具的关键装置进行理论分析和功率计算,确定满足覆土工作时运土带线速度、双向螺旋输送器转速、双排取种勺式穴播器的半径及整机配套拖拉机功率。采用EDEM软件对地膜覆土装置覆土过程进行仿真,验证蓄土装置的可行性。田间试验结果表明：机具前进速度为0.6m/s时,其空穴率为1.2%、穴粒数合格率89.3%、播种深度合格率86.5%、膜孔错位率5.1%、膜边覆土厚度合格率95.7%、邻接行距合格率92.4%。田间播种性能试验相关指标均达到覆膜穴播机作业质量要求,田间试验覆土结果与仿真结果基本一致。     

铰接转向果园割草机的设计与试验

针对丘陵山地现有果园割草机行走性能差及人员操作便捷性低等问题,设计一种铰接转向果园割草机。采用理论分析与仿真、田间试验相结合的方法,对铰接转向果园割草机进行研究。结果表明：1）铰接转向果园割草机最大行驶速度5.9km/h,割刀转速1 450～3 850rad/min,最小转弯半径466.4mm,爬坡与下坡纵向极限倾覆角度分别为37.47°和60.99°,横向极限倾覆角为48.76°;2）应用Ansys workbench软件分析得到割草机车架在平地直行、平地最大角度转向、直行爬坡与直行下坡四种工况下最大变形量和最大等效应力分别为0.034 4mm和20.06MPa。田间试验结果表明：铰接转向果园割草机的割幅利用率为98.9%,平均碎草率85.9%,割茬高度基本符合设定高度,满足丘陵山地小地块果园作业需求。     

全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机设计与试验

为实现马铃薯大垄双行膜上覆土自然破膜出苗机械化栽培,设计了一种可实现施肥、播种、起垄、覆膜和全膜面覆土一体化作业的全膜面覆土式马铃薯播种联合作业机。对样机关键部件进行了设计,确定其排肥系统、链勺式排种系统工作参数,同时分析了提土-膜面覆土装置作业过程,得到满足膜顶覆土厚度的必要作业条件。田间试验结果表明,当作业速度为1.8~2.0 km/h时,重种指数为4.9%,漏种指数为6.6%,种植深度合格率为95.2%,种薯间距合格指数为90.1%,膜顶覆土厚度合格率为98.8%,各行排肥量一致性变异系数为6.5%,总排肥量稳定性变异系数为5.1%,试验指标均符合国家和行业标准要求,试验结果满足设计和实际作业要求。     

弹性气吸嘴式玉米滚轮排种器排种性能参数优化与试验

针对西北旱区玉米铺膜种植特点,为提高气吸式玉米滚轮播种器的排种性能,利用弹性橡胶对气吸式排种器的吸种盘进行了结构改进。对吸种盘吸种过程进行受力分析,得到影响吸种能力的3个因素:吸种盘转速、气吸室负压、吸种盘上吸种垫吸孔直径。基于自制的弹性气吸嘴式玉米滚轮排种器试验台,根据响应曲面法的Central Composite Design试验设计原理,以播种机吸种盘转速、气吸室负压、吸种盘上吸种垫吸孔直径为因素,以单粒合格指数为主要评价指标,兼顾重播指数和漏播指数,对台架试验结果进行多元回归拟合和方差分析。结果表明,单粒合格指数、重播指数的2个回归模型可靠;气吸室负压对单粒合格指数影响极显著,气吸室负压和吸种盘上的吸种垫吸孔直径对重播指数影响极显著。由参数优化结果可知:当播种机吸种盘转速20 r/min、气吸室负压5 k Pa、吸种盘上的吸种垫吸孔直径4 mm时,单粒合格指数为95. 54%,漏播指数为0. 50%,重播指数为3. 96%。在同等条件下田间试验得到的单粒合格指数为96. 3%、漏播指数为1. 3%、重播指数为2. 4%,优化达到预期的效果。     

旱区全膜双垄沟播履带式玉米联合收获机的设计

针对中国北方旱地全膜双垄沟播玉米种植方式,解决玉米收获过程中的摘穗啃伤、田间作业垄上行走稳定性差及玉米茎秆回收再利用问题,设计了一种履带式玉米穗茎兼收型联合收获机,以及配套的立辊式摘穗割台和茎秆切碎抛送装置。设计的非对称立辊式对行收割结构,可适应玉米全膜双垄沟播收获作业要求,实现了穗茎兼收,提高了秸秆利用率,并总结了立式割台“间隙夹持-倾斜喂入-滑动摘穗”的立式摘穗收获机理。利用立式摘穗试验样机,以机具前进速度、主动链轮转速、摘穗辊直径、切碎刀轴转速为影响因素,果穗损失率、茎秆切碎合格率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:在机具前进速度3.8m/s、主动链轮转速1150r/min、摘穗辊直径82mm、切碎刀轴转速1650r/min时,果穗损失率为2.61%、茎秆切碎合格率为92.81%。优化模型与田间验证性试验得到的果穗损失率均值2.8%、茎秆切碎合格率均值93.1%相接近,满足旱区全膜双垄沟播玉米收获要求。