悬挂式山药收获机振动挖掘碎土装置设计与试验

针对山药机械化收获整体占比低、作业效率低、收获损伤率高以及人工辅助作业劳动强度大等问题,基于经验设计方法,设计了全液压悬挂式单行山药收获机。研究了山药挖掘收获中关键部件——格栅式振动挖掘铲的结构,综合运用Solid Works的Motion与Simulation插件,对振动碎土装置进行了动力学仿真分析与计算,对该部件的静力学和动力学特征进行了分析。结合山药收获的农艺要求,研究了振动挖掘部分的频率、往复摆动振幅及其相关机械结构参数,确定了最优结构参数,并对其进行了强度分析、计算和校核,最后进行了田间收获试验。试验结果表明,振动挖掘碎土装置的作业效率较高,可实现土壤与山药黏连部分的快速、高效分离,机械收获完好率达到89. 2%,基本满足农户高效收获与低损率的要求。     

圆盘破茬刀切割玉米根茬运动特性测绘装置设计与试验

免耕播种机是保护性耕作的关键机具之一,其播种质量的好坏在很大程度上影响着保护性耕作的效果。为了优化免耕播种机的关键部件破茬刀,研制了一种圆盘破茬刀切割玉米根茬运动特性测绘装置,该装置能够实现实时地测绘出圆盘破茬刀待测点的运动轨迹。通过对三种圆盘破茬刀的运动轨迹的测绘与试验,得出光面圆盘破茬刀上待测点的运动轨迹为光滑的摆线,半圆型缺口盘和阿基米德螺线盘上待测点的运动轨迹为由不同长度的圆弧组成的云曲线。在此基础上对三种圆盘破茬刀冲击情况、入土滑切角和滑切速度变化进行了分析比较,建立了阿基米德螺线型圆盘破茬刀切割根茬运动的运动学模型。描绘出阿基米德螺线型圆盘破茬刀刃口上点的运动轨迹是由不同长度的圆弧组成的云曲线,建立了阿基米德螺线型圆盘破茬刀刃口上点的运动方程。发现阿基米德螺线型圆盘破茬刀刃口上点的轨迹具备了光面圆盘破茬刀的摆线规律,也具备了半圆型缺口圆盘破茬刀的冲击性,并且滑切角较大,滑切性能更好。通过圆盘破茬刀切割玉米根茬运动特性测绘装置的两因素三水平正交试验分析,得出阿基米德螺线型圆盘破茬刀、机具配重为100 kg时破茬效果达90%以上,破茬率较高。     

谷物联合收获机筛分装置研究现状与发展分析

筛分是谷物联合收获作业的关键工序,筛分装置的作业质量直接影响联合收获机的作业性能。现有筛分装置性能可基本满足谷物收获作业要求,但鉴于农业物料的多样性、作业环境的多变且不可控性以及谷物联合收获机的高速作业性,在进行筛分时由于物料喂入量增大和物料含水率的升高,从而产生物料堵塞筛孔、潮湿物料粘附筛体、物料流动性差、筛分效率低等问题。本文以筛体结构和筛体驱动机构为切入点,概述谷物筛分装置的研究现状和研究方法,从不同领域筛分技术的借鉴与互补以及筛分装置高效化、智能化、信息化的发展角度出发,指出谷物筛分装置技术的发展趋势,为我国谷物筛分技术研究和筛分装置的创新设计提供参考。     

加装导流板的舀勺式马铃薯播种机排种器性能分析与试验

马铃薯播种机排种器的投种角度、速度、高度以及种薯与土壤接触后的弹跳等对马铃薯排种器播种质量影响较大,针对上述问题,该文研制了舀勺式马铃薯排种器的投种结构,设计加装了导流板。通过对导流板的性能分析、种薯投种过程及种薯与沟底碰撞过程的运动学分析,确定了影响播种效果的因素;以主动轮转速、机组前进速度、投种高度为主要因素,株距变异系数、漏播率、重播率为试验指标进行田间试验,并进行了旋转正交试验回归分析。试验结果表明：经参数优化后的马铃薯排种器具有较好的播种质量,当主动轮转速为42 r/min、前进速度为1.2 m/s、投种高度为640 mm时,其株距变异系数平均值为12.5%、漏播率平均值为2.21%、重播率平均值为3.56%,其标准均高于传统的舀勺式排种器,播种效果提升显著（P<0.01）。该研究为马铃薯排种器技术进步提供了参考。     

蔬菜穴盘苗自动精确移栽组合式取苗机构设计与测试

Precision planting is one key point of precision agriculture.A doorframe type swing seedling pick-up device for the automatic precise field transplanter was designed and tested in a laboratory.The seedling device could automatically extract seedlings from growing trays, transfer them, and release them into the planting unit where they were to be precisely transplanted into the ground.It consisted of a path manipulator and two grippers.The path manipulator for seedling extraction was constructed with creative design of Ⅱ-type mechanism combination in series.It consisted of an oscillating guide linkage mechanism and a grooved globoidal cam mechanism.According to the planned seedling pick-up trajectory, the design of the path manipulator for seedling extraction was finished with a set of the closed loop vector equation.The gripper was a pincette-type mechanism using the pick-up pins to penetrate into the root mass for seedling extraction.It consisted of multiple pick-up pins, U-type pull rod, shaft, stop block, compression spring and frame.The mechanical dimensions of the gripper were determined by the tray size and plant characteristic with a set of rectangular equations and the boundary constraint conditions.The final gripper was developed on the basis of cultural practice for vegetable seedling in China.A prototype of the seedling pick-up device was constructed to examine whether its working efficacy was satisfactory or not.According to the analysis on the work process, the seedling pick-up device could precisely complete a work cycle of approaching, penetrating, extracting, transferring, erecting and discharging a seedling.Taking pepper seedlings, tomato seedlings and cucumber seedlings as the transplanting objects, the performance tests were conducted to evaluate the practicality and adaptability of the pick-up device.The laboratory evaluation showed that the pick-up device equipped with two grippers could extract 70 seedlings per minute with an average success ratio of 90.49%.The quality of extracting seedlings was satisfactory.     

浓缩风能装置内部流场仿真分析

浓缩风能装置是浓缩风能型风力发电机组的主要部件之一,其结构直接影响机组输出功率的大小。为了提高浓缩风能装置的浓缩效率,以浓缩风能装置为研究对象,应用三维建模软件与CFD(computational fluid dynamics)软件建立了几何模型与网格模型。基于上述模型,提出应用数值模拟方法对浓缩风能装置内部流场进行仿真分析,并通过比较分析不同湍流模型下的内部流场特性,得知标准κ-ω湍流模型更加适用于浓缩风能装置内部流场仿真。基于上述浓缩风能装置模型和湍流模型,分别对不同尺寸参数的浓缩风能装置内部流场特性进行仿真分析,得到了扩散角对浓缩风能装置内部流场特性的影响比收缩角、中央圆筒长度的影响大的规律,此规律为浓缩风能装置结构优化与设计提供了依据,优化后的结构能明显提高风能品质和风电机组输出功率。     

自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机设计与参数优化

针对目前普遍使用且依靠人力喂入及反拉的苎麻剥麻机劳动强度大、安全性差、剥麻质量不稳定等问题,该研究以“川苎11号”苎麻为研究对象,设计了一种自动反拉式换位夹持苎麻剥麻机。首先对苎麻茎秆物理尺寸和力学性能参数进行测量,确定采用双夹持机构与同步带夹持输送、电机驱动夹持机构翻转换位、双滚筒反向剥麻的技术方案。进而对剥麻装置、夹持机构等主要部件进行结构设计和理论分析,确定苎麻剥麻机结构和剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度等工作参数。然后分析苎麻茎秆剥打过程并建立仿真模型,运用ANSYS/LS-DYNA模块对剥麻过程进行单因素仿真试验,分析了木质部去除量、韧皮部损失量等,仿真结果表明,剥麻滚筒转速、反拉速度、喂入角度分别在350～650 r/min、0.2～0.4 m/s、5°～15°范围内时的剥麻效果较好。根据Box-Behnken试验设计方法,开展三因素三水平正交试验,通过方差分析和响应面分析,得出反拉式换位夹持苎麻剥麻机的最优工作参数为：剥麻滚筒转速451.047 r/min,反拉速度0.319 m/s,喂入角度10.728°;样机试验表明最优工作参数下的平均鲜茎出麻率为5.03%,平均原麻含杂率为1.14%,满足苎麻剥麻机技术标准。该换位夹持装置能够实现苎麻夹持喂入与自动反拉,简化剥麻机结构,提高剥麻机作业性能和剥麻质量,研究结果可为轻简型苎麻自动剥麻机的研发提供技术参考。     

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1 100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16～40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1 210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降低了30%和12%。研究结果可为立辊式玉米收获割台的优化改进提供理论依据和参考。     

勺夹式藠头排种器设计与试验

针对藠头（Allium chinense）种植劳动强度大、人工成本高等问题,该研究设计了一种由排种盘、取种勺、取投种凸轮、种箱、安装板等组成的勺夹式藠头排种器。对该排种器工作原理和取种、携种、投种过程进行理论分析,建立离散元仿真模型,对取种过程进行仿真分析,确定了最优种勺结构。以大叶藠为对象,以取种合格率和漏取率为试验指标,进行种勺直径、种勺深度、取种起始角、种面高度与种箱高度之比和取种速度5因素显著性筛选试验,并以种勺直径、取种起始角、种面高度与种箱高度之比为试验因素进行回归正交试验;采用Plackett-Burman试验法和Box-Behnken中心试验法建立取种合格率和漏取率的回归模型,并进行参数优化,获得最优参数组合为种勺直径27 mm、取种起始角30°和种面高度与种箱高度之比92.5%。在最优参数组合下进行台架试验,得到取种合格率91.17%,漏取率6.17%。田间试验结果表明在前进速度0.1～0.2 m/s的条件下,该排种器平均播种合格率、平均重播率和漏播率分别为63.10%、12.76%和24.14%。研究结果可为藠头播种机械的研究与设计提供参考。     

高速精量播种机阿基米德螺线型弧面双齿盘覆土装置设计与试验

针对现有重型精量播种机在高速作业时存在覆土装置影响播种均匀性、种沟内种子被“架空”等问题,基于阿基米德螺线切刃曲线与挤压式覆土原理相结合的思路,设计了一种阿基米德螺线型弧面双齿盘覆土装置,实现了覆土厚度适宜且均匀一致,降低覆土作业对播种均匀性影响的目的。本研究对覆土装置的结构参数、覆土量进行分析,确定了影响覆土效果的主要参数取值范围;利用EDEM离散元仿真技术建立了覆土装置-种子-土壤间的离散元模型,对关键参数进行仿真优化,确定弧面双齿盘的最优参数组合;通过田间试验对该装置的作业性能进行了验证。研究结果表明：影响弧面双齿盘作业性能的主要结构参数为阿基米德螺线型弧面双齿盘的中心间距、安装倾角、入土深度。当弧面双齿盘的中心间距为142.6mm、安装倾角为20°、入土深度为55mm时,该装置通过性能良好,覆土厚度均匀一致,平均厚度为47mm,合格粒距标准差、变异系数与空白对照组分别相差0.22mm、1.81个百分点,对播种均匀性影响小,满足精量播种的农艺要求。