打结器驱动齿盘打结性能对比试验研究

驱动齿盘作为方草捆压捆机打结器的重要组成零件及总动力源,其参数特征对打结器成结率有着必然影响。目前打结器成结率受夹绳、割绳、脱扣不充分等影响严重,而驱动齿盘结构及参数对该失误影响显著,该文针对以上问题设计了分体式驱动齿盘CTRC_I和CTRC_II。其中分体式驱动齿盘CTRC_I由CTRC底盘与反"9"字型凸轮块组成,CTRC_II由CTRC底盘与圆弧切线型凸轮块组成。在相同试验条件下,通过与NewHolland驱动齿盘进行室内试验对比分析可知,CTRC_I齿盘的稳定成结率(90.0%)显著高于(P<0.05)NewHolland(83.5%)和CTRC_II齿盘(65.0%),凸轮结构对成结效果影响显著。NewHolland齿盘与剑麻绳、CTRC_I齿盘与聚丙烯绳、CTRC_I齿盘与剑麻绳等3种配合具有较好的稳定成结率,比其他配合高22.7%～53.5%。不同转速下,CTRC_II齿盘对捆绳的平均最大拉力最大,CTRC_I齿盘最小。CTRC_I齿盘所成绳结质量最高,但捆绳非有效消耗量也相对最大。最终采用层次分析法和功效系数法进行综合效益分析可知,CTRC_I和NewHolland齿盘综合性能优于CTRC_II齿盘,且CTRC_I与聚丙烯绳配合时,综合性能最好。     

卡扣式方草捆打结器的集成与试验

为了满足生产中对方草捆打结器的实际需求,在分析方草捆打捆机使用的D型打结器及食品包装打卡机结构和工作原理的基础上,将两者优点加以集成,设计了打卡装置,取代D型打结器的打结钳嘴及驱动机构,从而组成了新型卡扣式方草捆打结器。由原来D型打结器的打结动作变为挤压卡扣,为验证新型打结器的适用性,制作了打结器试验台,进行了卡扣挤压的力学试验。3种不同规格的的U型卡扣和聚乙烯捆绳正交试验结果表明,用506号U型卡扣捆扎直径为2.5 mm的聚丙烯捆绳,卡扣成结率达99%,捆绳锁紧率为100%。在整个试验过程中,送绳、夹绳、打卡和割绳等主要动作时间配合恰当,依序顺利完成,满足设计要求。研究结果为进一步优化结构、工作参数及生产考核提供参考。     

油菜气力盘式精量排种器槽齿辅助充种性能分析与试验

针对油菜气力盘式精量排种器高速排种过程中存在漏播严重和工作负压需求大的问题，该研究提出了一种槽齿定向扰动辅助充种种盘，采用质点动力学分析、EDEM软件、高速摄像技术和正交试验相结合的方法，对不同槽齿型式和槽齿厚度的种群流动性与辅助充种性能进行了研究。使用EDEM软件模拟分析了不同槽齿型式和槽齿厚度对种群流动性的影响，以种群平均动能和种群平均动能总和为量化指标，得出齿厚0.5～1.5 mm的直线型槽齿具有较好的辅助充种作用，有助于改善种子流动性和抑制种群拖带。选用华油杂62为试验材料，进行了槽齿型式优选试验，并以优选出的槽齿型式为对象开展了槽齿厚度、种盘转速和工作负压对充种性能影响的试验研究。结果表明：在工作负压不小于1 500 Pa条件下，作业速度小于6.0 km/h时，3种槽齿型式种盘的充种性能差异较小，当作业速度为6.0～9.5 km/h时，直线型槽齿辅助充种性能优于圆弧型槽齿和无槽齿的平面盘；三因素四水平正交试验优选出槽齿厚度为1.0 mm时充种性能最优，并明确了槽齿厚度、工作负压和作业速度对充种性能的影响规律；在槽齿厚度为1.0 mm、工作负压1 500～2 500 Pa、作业速度2.6～9.5 km/h条件下，种子吸附合格率不低于96%，漏吸率不大于4%。研究结果可为油菜气力盘式高速精量排种器结构优化设计提供参考。     

基于离散元法的糙米匀料盘仿真优化设计

为提高糙米调质过程中的加湿均匀性,在现有匀料技术的基础上,设计了一种曲面式匀料盘。采用离散元法建立匀料盘仿真模型,分析了匀料盘结构参数及运行条件对料层厚度均匀度的影响规律,结合响应面分析法得到各因素的最优组合。仿真结果表明:曲面形式(抛物线系数)对糙米的分布影响极显著(P0.01),进料量(导流管直径)对糙米的分布影响显著(P0.05),匀料盘转速对糙米分布影响不显著(P0.05);综合考虑匀料要求,确定最优结构参数为:匀料盘抛物线方程系数为0.02、导流管与匀料盘直径比为0.1875,最佳运行条件转速为183 r/min,此时料面厚度变异系数可达4.42%。仿真结果与验证结果基本一致,相对误差为2.62%,证明离散元单元法仿真分析曲面式匀料盘工作性能的可行性。     

非对称式大小圆盘开沟装置设计与试验

为解决东北一年一熟区玉米秸秆覆盖地免耕播种玉米存在的秸秆覆盖量大导致机具堵塞严重和双圆盘开沟器入土困难等问题,该文设计了一种非对称式大小圆盘开沟装置,该装置采用大、小圆盘一前一后非对称设置,大圆盘预先切割秸秆、残茬,小圆盘完成秸秆拨离并开出种沟,为玉米免耕播种提供清洁种床。无秸秆覆盖下的EDEM离散元仿真试验和田间试验,预先验证了开沟装置的作业性能。秸秆覆盖下的田间试验表明:该装置在秸秆覆盖条件下仍可实现较为稳定可靠的开沟效果,平均开沟深度为71.41 mm,平均开沟宽度为38.27 mm,满足玉米免耕播种作业要求;不同秸秆覆盖条件下,该装置作业流畅、种沟整洁,无明显堵塞和连续晾仔、断条现象,切茬、入土性能良好。该研究可为玉米少免耕播种开沟装置的改进及研发提供理论支持和技术基础。     

关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机设计

为解决中国蔬菜育苗播种后人工摆放穴盘劳动强度大的难题,设计了关节式蔬菜育苗穴盘播后自动摆放机,并对机器的关键部件进行了理论分析及设计计算。确定了以关节式机械手作为摆盘执行机构,对其进行了数学建模并得到了摆盘机械手运动学方程。在单因素试验的基础上,进行Box-Behnken Design响应面优化试验设计,探求了穴盘输送高度、输送角度、输送速度3个关键参数对穴盘间距合格率、穴盘摆正率、穴盘排齐率3个评价指标的影响规律,利用Design-Expert软件对试验结果进行方差分析,建立了评价指标与各影响因素的数学回归模型,并进行响应面分析,得到了影响摆盘效果的3个关键参数的最佳组合为：穴盘输送速度为60 mm/s,穴盘输送角度为31°,穴盘输送高度为40 mm。并对优选出的最佳摆盘参数组合进行了试验验证分析,试验结果为：穴盘间距合格率97.6%,穴盘摆正率96.5%,穴盘排齐率95.7%,试验结果与理论预测值的误差绝对值均低于5%,表明摆盘执行机构在最佳工艺参数组合下工作平稳可靠,满足穴盘摆放技术要求。该研究可为全自动化、智能化穴盘摆放机的设计提供参考。     

穴盘苗移栽机自动取喂系统的设计与试验

该文针对新疆地区吊篮式移栽机手工喂入效率低的问题,设计了穴盘苗移栽自动取喂系统。该系统采用穴盘步进移位机构提供穴盘的横向和纵向移位,由翻转摆位式取苗机械手进行取苗和穴盘苗的转移,利用柔性链输送喂入机构对穴盘苗逐个投放,能够对穴高45 mm、上边宽31.75 mm、下边宽13 mm的吸塑成型的软穴盘苗进行自动取苗并向两个栽植器投苗。整个系统由PLC（programmable logic controller）程序控制,采用气压驱动,工作气压0.5～0.8 MPa,耗气量60.65 L/min,单组取喂系统结构独立,质量小于110 kg,不增加原有移栽机地轮负荷,即能与新移栽机配套生产,也能对现有移栽机进行自动化改造。系统中穴盘步进移位机构在柔性链输送喂入机构的侧上方倾斜放置,使穴盘上表面与水平面的夹角105°,缩小了机器水平占用空间。采用苗龄58 d的"红安6号"辣椒苗进行室内取苗试验,试验结果显示,系统取喂苗总可靠率达98.92%,平均基质损失质量9.26%,取喂速度达70株/min,未见明显伤苗,能够满足设计要求。     

齿盘式棉秆收获机的设计

为提高棉花秸秆机械化回收水平,研究不同参数对棉秆机械化回收的影响,解决棉秆收获机漏拔、拔断率高等突出问题,该文研究设计了一种齿盘式棉秆收获机。齿盘式棉秆收获机由悬挂装置、限深轮、拔秆装置、排秆装置、液压系统组成。该机关键部件为齿盘式拔秆装置,作业时通过齿盘将棉秆起出,随后通过排秆装置将棉秆排至地表。棉秆的漏拔率、拔断率是评价齿盘式棉秆收获机作业性能的主要指标,通过Box-Behnken的中心组合试验方法对齿盘式棉秆收获机的工作参数进行研究,设计了三因素三水平二次回归正交试验,以齿盘的直径、齿盘速比、起拔高度为影响因素,建立响应面三维模型。分析得出各因素对作业质量的影响,同时对影响因素进行综合优化。结果表明:起拔高度、齿盘速比对棉秆拔断率影响显著(P0.01),起拔高度、齿盘直径及齿盘速比对棉秆漏拔率影响显著(P0.01),优化后的最优工作参数组合为起拔高度66.2 mm、齿盘直径627.59 mm、齿盘速比0.57。大田试验结果表明,在工作参数为起拔高度70 mm、齿盘直径630 mm、齿盘速比0.57作业条件下,棉秆拔断率达到1.5%,棉秆漏拔率3.0%,与理论推导值对比误差均小于4%。研究结果可为齿盘式棉秆收获机的结构完善设计和作业参数优化提供参考。     

基于弹齿轨迹的滚筒式牧草捡拾器遗漏率及工作参数优化

该文基于弹齿的运动轨迹,建立了遗漏率理论模型并进行了仿真,利用MATLAB编程实现捡拾器凸轮机构的参数化设计。对凸轮轨道为正弦加速度规律运动的捡拾器进行遗漏率理论分析,并利用高速摄像系统进行试验,理论与试验的漏捡区高度线性拟合调整R~2为0.998 8,漏捡区面积线性拟合调整R~2为0.960 4。在捡拾器机器前进速度4~6 km/h,滚筒转速40~90 r/min时,应用遗漏率理论模型进行中心组合响应曲面法分析和目标优化,得到的理论工作参数最佳组合为前进速度4.0 km/h,滚筒转速54.299 r/min,此时,漏捡区高度0.796 cm,漏捡区面积6.369 cm~2。在前进速度4 km/h和滚筒转速55 r/min的条件下进行不同含水率牧草的捡拾试验,遗漏率均低于国家标准要求的25%。该研究为捡拾器设计提供了理论基础,且能更好地指导实际生产。     

原粮包装机凸轮撑袋机构的设计与试验

针对定量原粮包装机由不同气缸分别驱动撑袋机构与夹袋机构,导致同步难、效率低、低温环境下气动系统易结露、以及工作环境粉尘较大而引起的气动部件动作迟缓甚至失灵等问题,该研究设计了一种随夹袋机构同步运动的凸轮撑袋机构。利用一台电机驱动平面六杆机构带动凸轮撑袋机构与夹袋机构,实现撑袋、夹袋和复位的同步运动;基于几何坐标变换和矢量法建立撑袋机构的凸轮工作廓线参数方程和空间凸轮机构的压力角求解方法,确定撑袋运动规律和凸轮工作廓线;建立凸轮撑袋机构三维模型,利用ADAMS软件对凸轮撑袋机构的撑袋运动规律进行仿真分析,结果表明：撑袋运动规律理论计算与仿真分析结果基本一致,最大压力角23°小于许用压力角,满足机构工作要求;开展气缸驱动与电机驱动撑夹袋机构的对比试验,得到后者的生产率达10袋/min,验证了机构设计的合理性,研究可为北方寒区原粮包装机设计提供新的设计思路和理论分析方法。     

秸秆圆捆机捆绳机构的参数优化与试验

针对我国中小型圆捆机收获的秸秆捆易于膨胀松散、甚至散捆的问题,设计了一种与钢辊式圆捆机相配套的捆绳机构。在秸秆捆力学特性测定及其膨胀变形影响因素分析的基础上,利用钢辊式圆捆机试验台,选取影响捆绳机构性能的导绳轮半径、链轮中心距圆捆机侧壁的安装距离、以及捆绳在秸秆捆端部缠绕的圈数作为试验因素,以秸秆捆膨胀率和捆绳消耗量为评价指标进行试验研究。结果表明:对秸秆捆膨胀率贡献率依次为安装距离、导绳轮半径、圈数;对捆绳消耗量贡献率依次为导绳轮半径、安装距离、圈数。当试验因素参数组合为圈数2圈、导绳轮半径70 mm、安装距离62 mm时,秸秆捆膨胀率为4.42%,捆绳消耗量为2.93 kg/t。研究结果可为圆捆机捆绳机构的研究和设计提供理论及技术依据。     

免耕播种机驱动圆盘防堵单元体的设计与试验

一年两熟区前茬残留物多为玉米残茬,连同杂草易使免耕播种机播种冬小麦时造成开沟器堵塞。针对该问题,提出了驱动圆盘刀嵌入组合式开沟器联合防堵原理,设计了一种驱动圆盘式防堵单元体,并分析和确定了其主要结构参数。田间试验表明,驱动圆盘防堵单元体能够有效解决秸秆堵塞问题,保证小麦免耕播种机的通过性。与条带粉碎式小麦免耕播种机相比,驱动圆盘式小麦免耕播种机根茬切断率提高了11.2%,土壤扰动量减少了58.8%。在小麦返青期的苗情监测表明,与条带粉碎式小麦免耕播种和传统耕作播种相比,利用驱动圆盘式防堵单元体播种的免耕地,0～20 cm土壤层含水率最高,小麦分蘖数和次生根数最多,较好地满足一年两熟区农艺要求。     

4L-4.0型稻麦联合收获打捆复式作业机设计与试验

为了使稻麦联合收获机在工作过程中能够完成收获、打捆复式一次作业,研制了一种稻麦联合收获打捆复式作业机。该复式作业机在保证联合收割机正常工作效率的同时,也实现了稻麦秸秆的不落地打捆功能。该文对该复式作业机整体配置、传动系统、下喂入机构以及压缩机构等关键部件进行了设计和计算。该复式作业机结构形式为自走式,具有更好的田间通过性及更小的转弯半径,同时可靠性及工作效率均符合要求。田间试验结果表明:4L-4.0型稻麦联合收获打捆复式作业机的成捆率达到98.3%,规则草捆率达到94.7%,抗捆率达到90%,草捆截面尺寸达到40 cm×50 cm×60 cm,草捆密度达到了190~200 kg/m3。该研究为中大型方捆收获打捆一体机的研究提供参考。     

后抛式免耕播种机碎秸装置离地高度自动控制系统研制

为了解决秸秆粉碎后抛式免耕播种机田间作业时,碎秸装置入土灭茬造成作业负载大、秸秆输送装置拥堵和卡滞的问题,该文研制了基于双扇形孔金属检测圆盘和接近开关的扭转变形采集装置,以有效监测驱动轴的转速和因扭矩负载变化引起的驱动轴错位角。设计了基于32位ARM CortexTM-M3核微处理器的碎秸装置离地高度自动控制系统,实时采集驱动轴转速和错位角,分析其变化趋势,辨别作业工况,输出相应电磁阀控制信号,驱动液压缸适时调整碎秸装置的离地高度,稳定作业负载。试验结果表明,在2 500 r/min的驱动轴额定转速下,碎秸装置离地高度的改变使作业负载变化时,自动控制系统使驱动轴的转速控制在2 448～2 632 r/min之间,驱动轴错位角的变化量为±0.002 4 rad,控制信号对错位角变化的响应延时为0.24 s。田间试验结果表明,利用碎秸装置离地高度自动控制系统后机具的通过性极大改善,堵塞现象消失,作业效率提高52.9%,碎秸作业后地表残茬高度降低43.4%。该设计利用驱动轴转速和错位角的变化趋势辨别作业工况,消除了机械结构参数和材质差异等因素对驱动轴错位角的影响,可为相关农机具扭矩负载定性监测提供借鉴。     

玉米钵苗移栽机圆盘式栽植机构参数优化及试验

通过育苗移栽技术可大幅度提高单产,为进一步改善钵苗移栽机的栽植质量。该文以玉米纸钵苗移栽机圆盘式栽植机构为研究对象,利用土槽试验,分析了圆盘式栽植机构的工作参数,研究了栽植机构工作参数对移栽质量的影响规律。采用正交旋转组合试验,以开沟器位置、开沟器入土深度、回土铲夹角为影响因子,以直立度合格率和株距变异系数为响应函数,利用Design-expert软件平台的回归分析法及响应面分析法,对3个因子进行单因素和多因素正交试验。试验表明:当开沟器位置在50 mm、回土铲夹角在40°、开沟器入土深度在115 mm条件下,钵苗直立度合格率能达到93%以上,株距变异系数小于12%。优化后的参数可满足玉米移栽的性能要求,为进一步研究提供依据。     

农作物秸秆微波热解特性试验

为了研究农作物秸秆在微波辐照下的热解特性,采用定制的微波加热装置,进行了整包秸秆的微波热解试验,并对秸秆微波热解的产物和能耗进行了考察。结果表明,微波加热过程中料包内部温度分布均匀,升温迅速。微波输入功率是影响加热过程的关键因素, 同时料包内部的传热传质对温度分布也有重要影响。微波加热会引发秸秆的热解反应,气体产物主要由氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等组成,通过氮吸附方法和扫描电镜分析,得到了固体产物的比表面积、孔容和孔径。微波热解电耗较大,应该合理选择微波功率和物料处理量,以提高经济性。该文结果可为农作物秸秆的资源化利用提供基础性资料。     

玉米播种机水平圆盘排种器型孔设计与试验

为满足水平圆盘排种器在高速条件下的精密排种要求,从排种器的工作原理出发,对排种盘型孔的结构形状和尺寸进行分析,设计出一种带倒角的周边式倾斜长方形型孔的水平圆盘排种器。为了得到排种器的最佳性能参数,以排种器转速、型孔倒角长度、型孔倾角为试验因素,以排种合格指数、重播指数、漏播指数为试验指标进行三元二次回归正交旋转组合试验,建立试验指标与试验因素间的数学模型。应用响应面法对回归方程进行多目标优化,得到最佳参数为:排种器转速为33 r/min,倒角长度为7 mm,型孔倾角为61°,此时排种的合格指数为92.47%,重播指数为3.56%,漏播指数为3.97%。在最优参数组合下,台架试验验证排种器的排种合格指数为92.13%,重播指数为4.01%,漏播指数为3.86%,田间验证试验表明,当排种器转速调整为33 r/min时,其线速度为0.41 m/s,播种机组前进速度为8.6 km/h,水平圆盘排种器的播种性能指标满足单粒精密播种的农艺要求,且对不同品种的玉米种子具有良好的适应性。该研究可为机械式精密排种器的优化设计提供理论参考。