苜蓿茎秆的拉伸力学特性试验

本研究对低含水率的苜蓿茎秆不同部位进行了拉伸力学特性试验。结果表明,同一植株不同位置的拉断载荷从顶部到根部呈明显增加趋势,一般根部的拉断载荷是顶部的2～4倍;抗拉强度变化趋势不明显;苜蓿茎秆试样上部、中部和下部的平均直径分别是1.72mm、2.03mm和2.21mm,平均壁厚分别是0.18mm、0.22mm和0.31mm,平均抗拉强度分别为77.06594MPa、96.24907MPa和75.27600MPa,平均载荷分别是59.50628N、105.68330N和121.33230N;验证分析表明,苜蓿茎秆中部和下部的抗拉强度与截面积的相关性较好,上部茎秆的相关性稍差。     

切抛组合式小麦宽幅沟播破茬清秸防堵装置设计与试验

针对西北地区玉米秸茬覆盖地小麦免少耕宽幅沟播时,由于玉米根茬阻碍秸秆流动导致的秸茬聚集壅堵、土壤扰动大、种带清洁率低、播种质量差等问题,提出先被动切割、后主动抛撒的种带清理方法。设计了一种切抛组合式破茬清秸防堵装置,通过纵向布置的倾斜缺口圆盘与旋抛装置配合作业对种带残茬与秸秆进行清理。适配防堵装置设计了分流式开沟器,实现行距稳定的一沟两行播种。分析确定了缺口圆盘倾角与偏角参数;依据滑切理论设计计算了平直旋刀与侧倾旋刀刃线结构参数;建立MBD-DEM联合仿真平台并采用正交旋转组合试验方法,以种带清洁率、秸茬粘结键破碎率与土壤扰动宽度为指标进行旋抛装置关键参数优化仿真试验。基于仿真结果建立各指标回归模型并通过响应面分析与多目标优化得出,当侧倾旋刀倾角为20°、回转速度为310r/min时,防堵装置种带清洁率达到96.9%,秸茬粘结键破碎率为26.9%,土壤扰动宽度为139mm。在玉米秸茬覆盖地进行小麦播种试验,结果表明切抛组合式小麦宽幅沟播破茬清秸防堵装置通过性良好,种床清洁率为90.1%,破茬率为96.2%,土壤扰动宽度为127mm,土壤扰动量为6.9%,整机作业质量稳定且播种后小麦出苗均匀,满足宽幅沟播小麦免耕播种农艺要求。     

秸秆铡切揉搓装置优化设计与试验

利用自行设计的秸秆铡切揉搓试验台,以刀刃形状、喂入速度、锤片数量和主轴转速为变量,对含水率约为75％的玉米秸秆进行四因素三水平正交试验,得出该铡切揉搓装置的最优组合参数为:主轴转速为1 000 r/min、刀齿为多齿、锤片数量3个、喂入速度为0.88 m/s.该机构揉搓高水分玉米秸秆时,破节率大于96％,揉搓效果好.将传统的凸型刀刃加工成锯齿形状,可以提高揉搓机构生产率.     

荞麦播种机气力集排系统螺旋式增压管设计与试验

针对播种机气力集排系统中种子流沿输种管侧壁进入分配器时,产生气种混合均匀性低、各行排量一致性差的问题,提出了螺旋式增压管,阐述了总体结构和工作原理,并对输种管和螺旋式增压管进行了设计,以荞麦为对象,开展了螺旋式增压管内种子群受力、运动及压损分析。基于CFD-DEM耦合仿真方法,通过单因素试验、最陡爬坡试验和中心复合设计试验研究了叶片数、扭转角、螺旋式增压管长度和输送气流速度对荞麦种子各行排量一致性变异系数的影响,仿真试验结果表明：当叶片数为3、螺旋式增压管长度为210 mm、扭转角为383°、输送气流速度29.30 m/s时,荞麦各行排量一致性变异系数为9.83%,达到最优。通过气力集排系统试验台架开展了不同型式增压管性能验证试验,结果表明：采用螺旋式、波纹式和窝眼式增压管的荞麦气力集排系统各行排量一致性变异系数分别为5.58%、6.85%和9.65%,最优参数组合条件下螺旋式增压管的仿真结果与台架验证试验结果相差4.25个百分点。提出的螺旋式增压管较传统增压管,增强了气种混合均匀性,提高了气力集排系统的作业质量,可为气力集排系统设计提供技术支撑。     

基于零位移的膜上移栽装置运动轨迹设计与仿真

针对现有移栽机移栽效率低及膜上作业存在刮膜、撕膜等问题,研究设计了一种由双曲柄摇架连杆构成的蔬菜快速移栽装置。该装置通过曲柄的旋转和摇架摇摆,使打穴体钝角入土、锐角出土,以及打穴体实现相对后移;增速装置增加打穴体入土速度,缩短打穴时间,实现了打穴体零位移条件下的快速移栽作业。仿真实验表明:该装置可以实现在2km/h行进速度下打穴体的"Y"运动轨迹,满足蔬菜移栽的农艺要求,且保证移栽性能、克服刮膜现象、提高作业速度。     

玉米亲本种子变幅振动式分级装置研制

针对玉米繁种阶段亲本种子播前分级效率低、筛面自净效果差的问题,该研究提出一种变幅振动筛分方法,并设计了种子分级振动筛装置,对驱动机构和自净清筛装置进行设计与分析。在喂入量2.5 kg/s的条件下,以京科968玉米种子为试验对象,以分级合格率、作业时间和卡种数量为试验指标,通过四因素（进料口高度、振幅、振动频率和筛面倾角）三水平Box-Behnken试验,建立各因素与试验指标间的回归模型,并对参数进行优化。结果表明,影响变幅振动式分级装置分级合格率的主次因素顺序为振动频率、筛面倾角、振幅和进料口高度,影响作业时间的主次因素顺序为振动频率、振幅、筛面倾角和进料口高度;卡种数量具有较大的随机性,当振幅和振动频率都较低时,筛面卡种数量急剧增多,自净效果极差。最优参数组合为进料口高度19 mm、振幅5 mm、振动频率8.25 Hz、筛面倾角7°,模型优化预测结果为分级合格率88.04%,作业时间40 s。在最优条件下的验证试验结果为分级合格率89.55%、作业时间39 s,平均卡种数量8粒,与预测结果基本一致,较等幅振动式分级装置的分级合格率提高3.25个百分点,作业时间减少4 s,平均卡种数量减少2粒,作业性能优于等幅振动式分级装置。分级装置分级效率达0.33 t/h,各项指标均满足相关设计要求。研究结果可为繁种阶段种子分级装备的设计提供参考。     

小型自走式割草机仿形装置仿真分析与试验

为解决山地丘陵地区苜蓿收获难题,对集成了滑掌、浮动弹簧、连杆臂和提升液压缸的小型自走式割草机联合仿形装置进行了理论分析。建立仿形装置虚拟样机模型,利用模型进行四因素三水平正交试验,通过回归分析和规划求解对最优参数组合进行预测,得出在山区地势较恶劣的起伏路面上工作时,仿形装置最佳设计和工作参数为:滑掌长度188 mm,割台倾角4.06°,拉力重力比0.85,前进速度2 m/s。利用优化试制后的割草机进行田间试验,验证了仿真试验和回归预测模型的有效性。与优化前的样机相比,在同等条件下,割茬高度降低了7%,工作速度提高了75%。     

双圆盘式苜蓿旋转切割器设计与试验

针对我国苜蓿收割设备研发不足、苜蓿收获质量不高的现状,结合作物农学特点及生理特性,设计了一种新型双圆盘式旋转切割器,进行了田间性能试验研究。该装置可通过外置支架悬挂在拖拉机前方,或作为自走式割草机的割台使用,也可以内置压扁辊等调质装置,完成割草、调质、集草3道工序。集成了异形割刀、装配导草装置的锥形转筒、圆形刀盘、滑掌、传动系统、四连杆提升装置以及固定支架。往返行程重合刈割的方式保证割茬平整,苜蓿植株在锥形转筒的作用下被提升一定高度,该高度与锥形转筒的母线与水平面的夹角呈三角函数关系。田间性能试验表明,所设计的双圆盘式旋转切割器的重割率、漏割损失率和超茬损失率分别为0.8%、0.19%和0.3%,比标准规定的技术要求分别低46%、24%和40%,各项测试指标均远高于标准要求水平,切割质量满足切割要求。     

膜上移栽机穴覆土机构设计

针对现有的膜上移栽机覆土机构只能实现条形覆土,存在采光面不足、覆土质量不高等问题,提出了一种分流调节、变量控制、膜上穴覆土移栽机覆土机构设计方案,完成了关键部件及控制系统的设计。该机构采用光电传感器周期性检测凸轮监测孔的位置,定位控制覆土器的旋转,实现覆土装置与车速的自适应调节,从而实现其穴覆土功能。所设计的穴覆土机构,送土量,覆土量S=1.17L/m,分流比为1/15~1/5。该研究为膜上移栽机的设计提供了理论依据。     

割草机切割压扁装置运行参数优化与试验

为了降低收获过程中的牧草损失,选择最佳的割草压扁机设计参数,对割草压扁机割刀转速和压扁辊转速及其匹配对苜蓿收获质量的影响进行了研究。利用ADAMS软件对割台和植株进行了虚拟样机建模,并利用模型进行了苜蓿植株的切割喂入试验,通过收获过程中割刀与植株平均接触力、压扁辊与植株平均接触力、输送时间等仿真数据,拟合其随割刀转速和压扁辊转速的变化趋势和方程,定义了评判割草机对植株破坏程度的碎草系数并建立了模型。根据碎草系数模型,当割刀转速ng=1 875 r/min,压扁辊转速ny=749 r/min时,割草压扁机对苜蓿植株的破坏最小。利用田间试验对碎草系数与实际碎草率的相关关系进行了验证,两者的决定系数R2=0.958 76。通过碎草系数预测的最低碎草率约为8.38%,比原始样机减少了3.97个百分点,由此可使鲜苜蓿增收约0.47 t/hm2,比原始样机产量提高了4.53%。