苜蓿压捆过程中压缩与恢复应力传递规律

探索苜蓿在压捆过程中,由松散状态压缩成草片时在压捆室不同位置的轴向应力变化规律及传递模型。以草片为研究对象,选喂入量为4 kg/次,在草物料压捆试验台上进行了5种截面的压捆试验。每种截面布设2套压力传感装置和3个位移传感器,由基于虚拟仪器的草物料压缩测试系统采集各传感器的信号,记录了每次压缩时草片的压缩与恢复应力和位置、草片的压缩量及回弹量等数据。结果表明苜蓿在不同截面下压缩与恢复应力具有相同的传递规律,但截面尺寸影响草片的最大压缩应力和最小恢复应力的数值且为非线性关系。指出了由松散苜蓿压缩成草片所需要的压缩应力最大,是压捆机设计中的基本参数。揭示了草片最大压缩应力随位移的变化呈指数下降,在压缩室内草片(4~5个草片)的压缩应力较高,在捆草室内草片的压缩应力较低,建议压缩室长度为900~1 000 mm。草片最小恢复应力表现为随位移增加而增加,达到一定位置时随位移的增加而下降。通过回归分析,获得了苜蓿在压捆过程中压缩与恢复应力传递规律和相应的数学模型,其复相关系数均大于0.9091,说明压缩与恢复应力和草片的位置密切相关,模型回归效果较好。试验结果可为草物料压捆机的动力选择和优化设计提供基础数据和理论依据。     

完整稻秆卷压过程应力松弛试验

为深入研究完整稻秆在卷捆压缩过程中的流变特性,该文利用自制的钢辊式圆捆机卷压试验台进行了完整稻秆卷压过程应力松弛试验研究。选择稻秆含水率、草捆干物质质量、卷捆钢辊转速、稻秆喂入速度为试验因素,并以应力松弛时间和平衡弹性模量作为应力松弛特性评价指标,进行4因素5水平正交旋转组合试验。结果表明:完整稻秆卷压过程应力松弛模型可用1个Maxwell单元和1个弹簧并联组成的三元件方程表示;各因素对应力松弛时间贡献率排序依次为稻秆含水率、草捆干物质质量、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;对平衡弹性模量贡献率排序依次为草捆干物质质量、稻秆含水率、稻秆喂入速度、卷捆钢辊转速;当稻秆含水率为65%、草捆干物质质量为17 kg、卷捆钢辊转速为257 r/min、稻秆喂入速度为1.6 kg/s时,应力松弛时间和平衡弹性模量可分别达最佳值17.08 s和4.01 k Pa。试验结果可为圆型打捆机对完整稻秆的卷压工艺优化及其压缩机理分析提供必要的理论与技术支持。     

紫花苜蓿圆捆机卷压过程的应力松弛特性与模型建立

牧草属于粘弹性物料,研究其应力松弛特性对降低圆捆机功耗、提高草捆质量具有重要意义。该文通过搭建圆捆机试验平台,结合各钢辊对草捆径向作用力分析,进行了紫花苜蓿应力松弛试验。采用无线电阻应变仪与ANSYS模拟相结合的方法,获取了卷压过程中捆室上半部分钢辊对草捆的径向作用力。在对应力松弛试验曲线和模型原理分析的基础上,确定了牧草应力松弛行为可采用2个Maxwell元件和1个弹簧元件并联组成的广义麦克斯韦尔模型模拟。利用残数法求得模型中应力松弛时间和平衡应力流变参数,分别为76.92、23.25 s和3.65 k Pa。该研究可为进一步探索喂入量、压缩频率、含水率与物料流变特性等参数间的关系,为节能圆捆机的设计提供理论依据及技术支持。     

牧草压缩过程的研究

以9KG-350型高密度压捆机为试验装置,对常见的羊草、苜蓿、(碾过的)麦秸进行了压缩试验。通过试验分析,提出了不同喂入量(初始密度)下的压缩关系式及农业纤维物料压缩的数学模型;揭示了开式压缩与闭式压缩有明显的差别;指出了压缩过程存在着“松散”和“压紧”两个阶段,以及物料的种类、喂入量(初始密度)等对压缩过程有很大的影响。在一定压缩条件下,存在着临界喂入量,且不同物料的临界喂入量不同。     

粗纤维物料压缩过程的一般流变规律的探讨

对松散农业物料的开发,一般需要对其进行压缩处理。研究压缩过程的规律,探索压缩过程基本参量及其间的规律和压缩过程中压缩物料的性质,以便确定压缩设备的结构参数和优化设计压捆机。在本学科组研究的基础上,以实际生产机械为试验设备,采用先进的测试手段,模拟了生产条件下整个压缩过程并进行了试验研究,得出了生产全过程中有关压力、变形的规律。为压缩试验深入的研究和压捆机的优化设计提供了依据     

果园秸秆覆盖机弹齿式解捆防堵装置设计与试验

针对果园秸秆覆盖机解捆铺料装置易堵塞问题，该研究基于秸秆解捆过程力学分析，设计了一种弹齿式防堵装置。首先建立防堵装置-秸秆捆离散元模型，通过EDEM仿真比较了加装和未加装防堵装置情况下秸秆扰动情况和出料口秸秆密度变化，阐释了解捆铺料作业过程中秸秆堵塞的形成机制。与未加装防堵装置的仿真结果相比，在刀齿线速度2.3 m/s、秸秆捆前进速度0.05 m/s下，加装防堵装置后出料口内侧秸秆平均密度降低了46%，出料区单位质量流率下的解捆阻力矩降低了28.1%，表明防堵装置可有效降低刀齿扰动区域和出料口秸秆密度，避免秸秆在下料口滞留和高压区形成，进而降低解捆阻力矩。以解捆铺料装置阻力矩标准差为指标开展正交试验，得到最佳工作参数为解捆铺料装置主动辊转速225 r/min、刮板主动辊转速5.0 r/min、弹齿间距100 mm。验证试验表明，与未加装防堵装置相比，185、225和265 r/min三个解捆铺料装置主动辊转速下（刮板主动辊转速和弹齿间距不变），解捆铺料装置阻力矩标准差降低率分别为29.5%、34.0%和30.7%，同时平均阻力矩和峰值阻力矩降低率分别为16.1%和28.5%，所设计的防...     

秸秆开模压饼工艺的试验研究

研究秸秆开模压饼工艺，在自行研制的开模柱塞往复式压饼机上，围绕主要影响因素和草饼特性指标，进行了一系列的试验研究。结果表明，用含水率１５％的秸秆生产的草饼具有较高密度和耐久性；在草饼直径一定的情况下，增加喂入量可减小草饼出模后的松弛比；用较长的秸秆生产的草饼具有较好耐久性。通过对试验数据的回归分析，得到了压缩力与草饼密度、草饼耐久性与松弛密度之间、压缩比能和松弛密度的经验公式。开模压饼工艺的试验研究为秸秆开模压饼机的设计以及秸秆压饼生产提供了重要依据。     

秸秆开模压饼工艺的试验研究

研究秸秆开模压饼工艺，在自行研制的开模柱塞往复式压饼机上，围绕主要影响因素和草饼特性指标，进行了一系列的试验研究。结果表明，用含水率１５％的秸秆生产的草饼具有较高密度和耐久性；在草饼直径一定的情况下，增加喂入量可减小草饼出模后的松弛比；用较长的秸秆生产的草饼具有较好耐久性。通过对试验数据的回归分析，得到了压缩力与草饼密度、草饼耐久性与松弛密度之间、压缩比能和松弛密度的经验公式。开模压饼工艺的试验研究为秸秆开模压饼机的设计以及秸秆压饼生产提供了重要依据。     

秸秆-薯渣混合物料应力松弛分数阶模型的建立及参数分析

为更加精确地解析农业松散物料压缩时表现出的应力松弛行为及松弛后的成型效果,简化应力松弛模型并获得更加直观的应力松弛特征参数,该研究将Riemann-Liouville分数阶微积分理论引入农业松散物料流变学特性研究中,以农业生产后残留的玉米秸秆与马铃薯废渣为研究对象,推导建立了用于描述秸秆-薯渣混合物料应力松弛特征的分数阶模型,并以松弛比与松弛时间比率为试验指标,完成了混合物料在不同压缩密度下的应力松弛试验,利用所建立分数阶模型对应力松弛试验曲线进行了拟合回归分析,并与广义Maxwell模型的拟合结果进行了对比与参数相关分析。结果表明:1)分数阶模型可准确描述秸秆与薯渣混合物料的应力松弛过程,其对松弛曲线的拟合精度高于五元件广义Maxwell模型,决定系数R~2介于0.996 4～0.999 5之间。2)分数阶模型仅有两个模型参数,分数阶阶数β与粘弹性系数K,其中β与应力松弛后残留弹性的占比、松弛比均极显著负相关,可直接用于表征物料松弛后的永久变形程度,预测其成型效果;K与弹性模量及粘性系数、松弛时间比率均极显著正相关,可用于表征混合物料的粘弹性特征及其应力松弛快慢程度。该研究成果推动了分数阶微积分理论在农业松散物料流变学特性研究领域的应用,通过分数阶模型建立了秸秆-薯渣混合物料的应力松弛特性与成型效果的联系,可为进一步改进农业松散物料成型方法、获取最佳成型条件提供依据。     

固定式饲草压捆机分捆机构的改进设计

设计的饲草压捆机采用开式压缩方式，通过一套杠杆组式分捆机构，将连续不断压出的草包装成小捆，便于搬运贮藏。由压缩机构控制杠杆组分捆机构，可保证在压缩活塞回程时落板，充分利用了允许的最大落板时间；采用弹射器将落板时间缩短21.7%，有效地提高了操作的安全性和可靠性。采用MATLAB/SimMechanics对分捆机构和压缩机构的运动进行了模拟仿真，完善了结构设计，同时还减少了捆绳消耗约1/3，并通过了实际应用测试。     

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。     

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。     

稻秆圆捆机辊盘式卷捆机构的设计及参数优化

为消除中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆时出现的堵塞现象及降低其卷捆功耗,设计了一种钢辊与侧圆盘组合式卷捆机构(简称辊盘式卷捆机构),并以此为基础自制了辊盘式卷捆机构试验装置且进行试验。选择影响辊盘式卷捆机构卷捆性能的主要因素:圆盘直径、钢辊转速、喂入量、长宽比(稻秆长度与卷捆室宽度的比值)为试验因素,以草捆形成率(草捆顺利形成次数与总试验次数的比值)和卷捆功耗为评价指标进行四因素五水平正交旋转组合试验。试验表明各因素影响草捆形成率的主次顺序为圆盘直径喂入量钢辊转速长宽比;影响卷捆功耗的主次顺序为喂入量钢辊0.75100%62.7 kJ/,此时草捆形成率为,卷捆功耗为捆,相比钢辊式圆捆机无堵塞现象发生,卷捆功耗降低。研究结果可为辊盘式圆捆机的结构及作业参数优化提供参考依据。     

4LSK-50型麦秸联合收捆机的研究

为了解决机收高茬麦秸回收难的问题，研制了一种麦秸切割、检拾、打捆联合收捆机。主要介绍该机的总体结构、工作原理、计算模型、动力特性分析和试验研究。试验结果表明：该机作业后，割茬≤7 cm，成捆率≥99.4%，麦秸损失率≤2%，草捆密度≥120 kg/m³，清理后的麦田可立即进行复播，满足了农时和农艺的要求。     

牧草在高密度压捆时的应力松弛研究

牧草的应力松弛特性对牧草的压缩工艺、压缩设备以及压缩后牧草产品的质量等均有很大影响。利用高密度捆草机对其进行试验研究，后根据积分理论并借助计算机对试验结果进行分析计算，获得了有关流变参数和本构方程，这对牧草压缩理论的发展及压缩设备的开发以及提高压缩后牧草产品的质量等均有重要的指导作用。     

玉米秸秆振动压缩过程的应力松弛试验

中国玉米秸秆资源非常丰富,由于本身松散、密度低的特点,其贮运成本较高,压缩致密是解决这一问题的最有效方法。在压缩过程中,玉米秸秆表现出的流变特性造成能耗高、压缩设备关键部件磨损严重以及生产率较低的问题,是制约其推广应用的主要瓶颈。针对这些问题,该文将振动引入玉米秸秆的压缩过程中,在自行设计的振动压缩试验系统上进行了揉碎后的玉米秸秆叠加振动与不加振动压缩应力松弛的试验研究,利用MATLAB软件的2阶指数方程对试验数据进行拟合,得到玉米秸秆振动压缩过程的2阶Maxwell应力松弛流变模型参数,其拟合度均大于0.9。基于流变模型,对应力松弛速率、应力松弛时间参数进行了分析,其结果为：压缩过程叠加振动,能够提高应力松弛速率、降低应力松弛时间以及成型块内部的残余应力,从而可降低再次压缩的压缩阻力、提高产品质量以及生产率,为解决现有成型设备高能耗低效率等问题提供了新的途径。     

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。     

籽棉压缩与应力松弛力学特性及模型构建

为深入研究籽棉压缩及应力松弛过程的力学特性并构建其本构模型,该研究以籽棉为研究对象开展试验,分别利用改进西原模型和五元件广义Maxwell模型对压缩和应力松弛的应力应变曲线进行描述。通过定义的本构模型对不同含水率及喂入量的籽棉力学特性试验数据结果进行参数辨识,得到相关模型参数,并探究不同因素对压缩及松弛过程应力的影响规律。研究结果表明:曲线拟合法求解籽棉压缩及应力松弛过程本构模型参数的决定系数均大于0.9,改进西原模型、五元件广义Maxwell模型可以较好地描述籽棉压缩力学特性和应力松弛特性。对籽棉压缩及应力松弛力学特性解析显示,模型参数表现出明显的应力规律:通过Duncan均值比较结果可知:籽棉压缩本构模型参数中不同含水率组间弹性模量差异均显著(P0.05),不同喂入量组间串联虎克体弹性模量差异显著(P0.05),压缩应力值与含水率、喂入量呈正相关关系;籽棉应力松弛模型参数中不同含水率及喂入量组间弹性模量及粘性模量差异均显著(P0.05),弹性模量、粘性模量与含水率及喂入量均呈正相关关系。籽棉压缩与应力松弛力学特性的研究可为籽棉压缩过程机理研究、模拟仿真提供理论依据,缩短机具研发过程。     

无芯卷膜式残膜打包装置设计与试验

针对残膜打包装置工作中存在残膜包密度不合适、打包室空间不合理、结构复杂、残膜成包率低等问题,该研究设计了一种无芯卷膜式残膜打包装置,利用V字形布置的前后打包带代替辊筒构成打包室,结构简单,解决了辊筒缠膜的问题。建立了机具完成一行作业时打包装置生成的残膜包直径与农田每行长度的理论模型,并进行田间验证试验,结果表明合理的打包室空间应满足完成一行作业时打包装置生成的最小残膜包直径大于0.45 m。通过分析打包室内残膜包成型过程和运动过程,设计以残膜包密度和成包率为指标,打包前角、打包带表面状态和打包带线速度为因素的正交试验,试验结果表明：机具较优作业参数组合为打包前角35°,打包带表面状态为粗糙面,打包带线速度1.167 m/s。利用较优参数组合进行田间验证试验,残膜成包率为100%,残膜包密度平均值为121.137 kg/m3,满足设计要求,该研究结果可为残膜打包装置的设计与研究提供参考。