基于逆向工程原理的钢辊式卷捆机构反求设计

钢辊式圆捆机是我国秸秆收获的关键技术装备之一,目前尚缺乏针对该机型核心机构（钢辊式卷捆机构）的基础性设计方法。为此,基于逆向工程原理,综合运用平面几何学、材料力学、机械设计学、试验法、ANSYS分析法等,对该机构展开反求设计。运用平面几何学建立卷捆室半径、钢辊数量、钢辊半径、钢辊间隙四个特征参数间的关系函数;通过理论分析建立钢辊与累积草芯的接触模型,以此为依托运用高速摄像观测法与概率学原理确定钢辊半径对二者间接触力的影响规律;通过高速摄像观测法,确定钢辊间隙及钢辊表面凸棱与缠辊现象间的关联性;采用试验与理论计算相结合的方法实现喂入口尺寸的设计;建立钢辊的力学模型,对钢辊重要组件——长轴直径进行设计,同时利用ANSYS中的Workbench模块实现对钢辊（复合体）刚度及强度的校核。运用上述研究结果,以DN4575型圆捆机为目标机进行反求设计,设计结果如下：钢辊半径75 mm,钢辊数量10根,钢辊间隙10 mm,喂入口宽度162 mm,钢辊长轴直径20 mm,钢辊辐板数量5个。上述反求过程为钢辊式卷捆机构的关键参数提供了系统性的设计方法,该方法对钢辊式圆捆机的设计具有重要的指导意义。     

齿辊式饲草作物调制试验台设计与试验

为研究青饲料收获机调制部件工作参数对饲草作物调制性能的影响,设计了一种调制辊间隙可调的齿辊式饲草作物调制试验台。试验台主要由调制辊、间隙调节机构、调制辊快速更换机构及测控系统等组成,通过测控系统可实时采集固定辊与传动轴之间的扭矩、转速等信息,进而得到试验台能耗。为检验试验台的工作性能,以青贮玉米为试验对象,以固定辊转速、调制辊单位工作长度喂入量和调制辊间隙为试验因素,以单位能耗、茎秆破节率和籽粒破碎率为目标参数,采用Box-Behnken试验方法进行三因素三水平响应面试验,通过分析分别建立了目标值与试验因素的二次回归模型,得到试验条件下调制最优工作参数组合为固定辊转速1157r/min、调制辊单位工作长度喂入量10.84kg/(m〖DK〗·s)、调制辊间隙2.6mm,目标值最优解为单位能耗2347.44J/kg、茎秆破节率95.66%、籽粒破碎率95.19%。利用青贮玉米进行了验证试验,结果表明,在最优工作参数组合条件下,单位能耗、茎秆破节率、籽粒破碎率分别为2377.53J/kg、95.62%、95.02%,与理论优化值相对误差均小于1%。本研究可为饲草作物调制机械的设计及工作参数的选择提供数据参考与技术支持。     

基于TRIZ理论的牧草切割压扁机压扁系统创新设计与试验

运用TRIZ理论,针对牧草切割压扁机压扁系统进行创新设计。分析了压扁系统压扁率低的原因,运用物质-场分析法、矛盾矩阵法和因果分析法提出了4种创新设计方案,通过对比分析确立了最优方案,创新设计了新型压扁辊。将两台样机进行压扁率对比试验,结果表明,改进设计后压扁辊的压扁率由85%提高到96%,达到了标准规定的指标值,能够满足优质牧草的收获要求。      

圆草捆打捆机的设计及优化

设计了一款圆草捆打捆机,通过牵引机械输入动力,采用凸轮滑道型捡拾系统技术和成型室钢辊预压缩技术,实现了打捆、缠网、密度调节、报警等自动化控制,整机自动化水平高。通过试验对捡拾系统进行了优化,提高了整机性能,该圆捆机广泛应用于牧草、秸秆作物的打捆。     

4ATZ-200型牧草调制收获机的研究与试验

通过不断研究、试制、试验和改进,4ATZ-200型牧草调制收获机可以一次完成牧草的收割、调制和集条作业,各项性能指标达到设计要求,能够满足牧草收获的农艺要求,是广大农牧民所期待的既经济又合理的牧草收获机具。本文介绍了4ATZ-200型牧草调制收获机的设计方案、技术性能参数、主要构造及工作原理。     

苜蓿调制试验台测控系统设计与试验

为研究调制辊工作参数对苜蓿调制性能的影响,在已有苜蓿调制试验台的基础上,利用LabVIEW软件设计了一套试验台测控系统。该测控系统主要由电动机控制系统、数据采集系统、调制辊间隙调节系统和上位机系统4部分组成,实现了调制辊转速在350~1350 r/min之间的连续可调和调制辊间隙在2~4 mm之间的精确控制,数据采样速率最高可达1 kHz,并在测控系统显示界面上实时显示与保存试验台工作过程中固定辊与传动轴之间的扭矩和转速曲线、电动机功率曲线以及浮动辊轴承座与间隙调节液压缸之间的压力曲线。利用配备测控系统的试验台,以紫花苜蓿为试验对象,采用Box-Behnken试验设计方法进行了三因素三水平响应面试验,结果表明,该测控系统能够实现试验台精确控制与数据实时精准采集。分别建立了单位能耗、苜蓿压扁率和压扁损失率与试验因素的二次回归模型,得到了试验条件下调制工作参数的最优解分别为:调制辊转速775 r/min、调制辊间隙3.3 mm、调制辊单位工作长度喂入量2.77 kg/(m·s);同时,得到了苜蓿调制试验目标值的最优解分别为:单位能耗909.25 J/kg、苜蓿压扁率96.67%、压扁损失率1.67%。利用紫花苜蓿进行了验证试验,结果表明,在最优工作参数组合条件下,单位能耗、苜蓿压扁率、压扁损失率分别为931.42 J/kg、94.33%、1.65%,与模型优化值的相对误差均小于3%。该测控系统为苜蓿的调制试验提供了可靠的技术支撑,也为苜蓿调制机构的设计及工作参数的选择提供了数据参考和理论依据。     

自走式牧草调制收割机研究现状及发展趋势

自走式牧草调制收割机作为牧草收获机械,其发展对我国生态建设、西部开发和发展生态畜牧业将起到至关重要的作用,为提高我国畜牧业机械化水平提供了有力的技术支撑。分析了国内外自走式牧草调制收割机的研究现状、发展历史及趋势,以期为我国研制适合国情的自走式调制收割机提供借鉴和参考。      

基于SolidWorks玉米秸秆打捆机的设计

设计一种牵引式玉米秸秆打捆机,采用外缠绕式钢辊圆捆打捆方式,秸秆的收集采用粉碎抛送装置,完整的秸秆粉碎后被抛送到螺旋喂入装置中,螺旋喂料装置由相对的螺旋叶片和螺旋齿组成,打好的草捆采用缠网的捆绑方式。整机设计利用SolidWorks进行建模,制作仿真动画,并利用有限元分析插件对钢辊进行模态分析,对悬挂牵引装置进行应力分析。     

运城市农机推广站研制的牧草调制收获机通过测试鉴定

2006年夏,山西省运城市农机推广站研制的牧草调制收获机第二代样机进行了试验及测试鉴定。运城市农机局、科技局的有关领导亲临试验现场对该机予以关注,市鉴定站对该机进行了测试鉴定。试验中该机运行平稳,各项性能指标都达到了设计要求。计划年底对该机进行产品鉴定。运城市农机推广站研制的牧草调制收获机通过测试鉴定$山西运城市农机推广站@张立功     

秸秆打捆机结构改进及仿真分析

我国甘蔗叶秸秆资源极其丰富,是一种宝贵的生物资源。甘蔗叶秸秆变废为宝,化害为利处理,已成为社会亟待解决的问题。实现甘蔗叶秸秆资源化利用,关键在于解决甘蔗叶秸秆如何高效回收。目前使用的秸秆打捆机会出现喂入口堵塞、卷捆不畅等问题。为此,通过虚拟样机技术对目前使用的秸秆打捆机进行结构改进和仿真分析实验,应用SolidWorks软件建立改进前和改进后打捆机的三维实体模型,再应用ANSYS和ADAMS软件对打捆机整机进行仿真分析。通过对改进前和改进后两款打捆机进行力学分析和仿真实验,结果表明:打捆机喂入机构增加喂入对辊和碾压对辊,可大幅提升打捆机的喂入能力;卷捆室钢辊优化排列和钢辊表面结构优化可大幅提升卷捆室的卷捆能力,一定程度上解决打捆机喂入口堵塞、打捆不畅等问题,为秸秆打捆机后续创新设计提供理论支持。     

可变压捆室打捆机结构设计与仿真分析

针对传统秸秆打捆机收获农作物秸秆时形成圆草捆直径单一的问题，设计一种由捡拾机构、喂入机构、压捆机构和草捆卸载装置等组成的可变压捆室圆捆机。在Solidworks中建立可变压捆室圆捆机三维模型，简述其工作原理和关键部件的结构设计，并对整机动力传动系统进行分析；分析草芯在压捆室内累积过程，得出物料在压捆室内运动的规律，并通过计算得出钢辊线速度为2.29 m/s；运用ADAMS软件对打捆机进行运动学仿真，验证打捆机作业时不会发生物料堵塞和堆积现象，得到钢辊线速度为2.3 m/s，与计算结果基本一致；利用ANSYS Workbench软件对打捆机机架进行模态分析，得出打捆机正常作业时机架不会发生共振现象。为后续秸秆打捆机的创新设计和结构改进提供理论支持。     

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。     

基于EDEM的有机肥撒施机抛撒性能试验研究

为解决有机肥流动性差、机械抛撒难的问题,基于自制的卧式有机肥撒施机,建立了有机肥在抛撒过程中的运动模型,分析了影响抛撒均匀度的主要因素;采用SolidWorks软件建立了有机肥和卧式有机肥撒施机的三维模型,运用EDEM软件以输肥速比（作业速度与刮板输肥速度比值）、抛撒辊转速、螺旋叶片螺距为试验因素进行了响应面设计试验;采用Design-Expert 8.0.5软件优化了作业参数,并进行仿真试验验证和田间试验验证。仿真结果表明:影响抛撒均匀度横向变异系数的主次顺序为螺旋叶片螺距＞抛撒辊转速＞输肥速比;当输肥速比为-16.42、抛撒辊转速为557.90 r/min、螺旋叶片螺距为365.40 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14%,仿真验证值与预测值误差≤5%,响应面模型合理。田间试验表明,当输肥速比为-16.6、抛撒辊转速为560 r/min、螺旋叶片螺距为360 mm时,抛撒均匀度横向变异系数为14.5%,与EDEM仿真值误差≤5%,满足有机肥撒施机的田间作业标准,仿真模型及优化参数合理。该研究可为有机肥撒施机的优化设计及抛撒性能提升提供参考。      

蔬菜精整地机镇压部件设计与试验

为有效改善土壤细碎程度和平整度较低等问题,对蔬菜精整地机的镇压器、镇压高度调节装置进行设计及优化。设计两套镇压器高低调节装置,一种镇压高度调节装置是由双作用液压缸、控制阀、液压管路、液压操作机构、监测轮、压力传感器等部件组成,可以实现压深反馈自动调节;另一种镇压高度调节装置是通过转动手柄来改变镇压辊与土壤的间距,可调节的最大距离为10 cm,结构简单紧凑,便于维修。阐述蔬菜整地机具的镇压部件工作原理,重新设计镇压辊轴等部件,并进行田间试验研究。田间试验结果表明：土壤含水率在20.5%的相同情况下,牵引速度为1.2 m/s、碎土辊转速为439 r/min时,土壤平整度效果最佳,牵引速度和碎土辊转速对土壤平整度的影响是极显著;牵引速度为1.1 m/s,动力输出轴转速为720 r/min,土壤含水率相同时,双轴机具土壤平整度明显优于单轴机具。试验结果符合优化参数,且能够达到目前蔬菜整地机的作业质量标准。     

冬春鲜喂饲用油菜收获机滚刀式切碎装置设计与试验

针对长江中下游地区饲用油菜生物量大、含水率高,缺乏适用收获机械的问题,开展了冬春鲜喂饲用油菜机械化收获切碎装置设计与试验。根据物料特性、切碎及抛送等作业要求,确定了平板型滚刀式切碎装置主要结构参数和作业参数;采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了喂入压辊转速与切碎器主轴转速对茎秆切碎长度合格率和功耗的影响,构建了长度合格率和功耗与喂入压辊转速和切碎器主轴转速的回归方程,优化得出了最佳作业参数。试验结果表明:喂入压辊转速为400～550 r/min,切碎器主轴转速为600～800 r/min,茎秆切碎长度合格率较优。优化得出喂入压辊转速496. 17 r/min、切碎器主轴转速为709. 14 r/min时,茎秆切碎长度合格率为91. 16%。采用平板型滚刀式切碎装置开展鲜喂饲用油菜收获田间试验和饲喂试验表明:收获饲用油菜切碎茎秆长度满足饲用油菜冬春鲜喂要求。     

液压式棉田地膜回收压捆机设计与参数优化

针对棉田地膜收储运困难、易造成二次污染等问题，设计一种液压式棉田地膜回收压捆机，可一次性完成棉田地膜的回收和液压压捆作业。根据机具初步试验结果，将挑膜滚筒转速、机具前进速度、切刀线速度、地膜喂入量、地膜厚度作为试验因素，将地膜回收率、压缩密度和缠膜率作为目标值，进行5因素3水平的Box Behnken试验，采用Design Expert软件进行响应面分析，建立相关的数学模型和目标函数，进行样机作业参数组合优化计算，并对优化结果进行试验验证，最终确定样机的最优作业参数组合。结果表明：样机进行地膜回收压捆作业时的最优作业参数组合为挑膜滚筒转速4800 r/min，机具前进速度0.80 m/s，切刀线速度2.47 m/s，地膜喂入量0.52 kg/次，地膜厚度0.012 mm，地膜回收率95.09%，压缩密度137.68 kg/m3，缠膜率8.91%。     

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。     

刀削结合滚动摩擦进料竹笋剥皮机设计与试验

针对目前我国竹笋剥皮机械化程度低的问题,设计一种刀削结合滚动摩擦进料竹笋剥皮机。根据竹笋物理特性参数和人工剥笋原理,对竹笋剥皮过程进行力学与运动学分析,确定了影响剥皮效率、损伤率和剥净率的主要因素为刀片安装倾角、剥皮辊转速以及滚筒与剥皮辊轴心高度差,在此基础上,给出了竹笋剥皮机关键部件的设计依据。为获得样机最佳试验物料,以竹笋长度、基部直径作为试验因素进行单因素试验,确定长度为300～320mm、基部直径为29～32mm的竹笋作为剥皮机正交试验物料样本。利用Design-Expert软件设计三因素三水平正交试验,并结合实际工作情况确定最优参数组合,结果表明：当刀片安装倾角为30.12°、剥皮辊转速为229.18r/min、滚筒与剥皮辊轴心高度差为15.43mm时,笋肉损伤率为6.81%,笋皮剥净率为94.59%。在该条件下开展验证试验,得到损伤率、剥净率分别为7.10%、93.22%,与优化参数基本一致,满足剥笋要求。     

玉米全膜双垄沟残膜回收机优化设计与试验

针对现有玉米全膜双垄沟残膜回收机作业中存在起膜单体仿形能力差、易堵塞、根茬易被挑起及卸膜难等问题,对机具的起膜装置、卷膜装置及卷膜装置的传动方案进行优化设计。起膜装置由8个仿形起膜单体、滑块、导轨及调压弹簧组成,起膜单体能够随地形上下仿形,解决了根茬被挑起、堵塞及冲击振动问题。卷膜装置由主从动锥型卷膜辊、辅助卷膜齿和联动卸膜转臂组成。其中,卷膜辊应用了摩擦传动恒线速度机理,保证卷膜松紧程度均匀;辅助卷膜齿采用快速插接机构插接在主从动锥型动卷膜辊上,实现残膜高效缠绕;主从动卷膜辊设计为锥型结构,便于脱膜;联动卸膜转臂能够保证主从动锥型卷膜辊近似直线分开,使卸膜较为便捷。通过分析偏心伸缩弹齿的运动,确定了弹齿周向分布4个。以残膜回收率、缠膜率和含杂率为评价指标,采用正交试验得出样机最优工作参数为:前进速度3 km/h、偏心伸缩弹齿挑膜滚筒转速60 r/min、卷膜辊转速90 r/min。以最优工作参数进行了田间试验验证,结果表明,作业机残膜回收率为89.46%,缠膜率为1.93%,含杂率为25.53%,满足全膜双垄沟残膜回收技术要求。     

4QM-4.0型麻类青饲料联合收获机割台结构设计与试验

针对现有牧草收割机收割饲用苎麻作物时，割台输料不畅，搅龙易被麻类纤维缠绕的问题，设计一种专用收割机割台。该割台由往复式切割装置、拨禾轮、茎秆捡拾输送器及螺旋搅龙组成。根据饲用苎麻的田间生长特性及物料特点，开展收割机割台设计。通过理论计算与试验分析，确定割台各关键装置结构参数：拨禾轮的圆周半径为840 mm、切割器离拨禾轮轴高度为1 470 mm、拨禾轮转速27.9 r/min、升降行程为700 mm、往复式割刀曲柄转速为540 r/min、茎秆捡拾输送器拨齿轮滚筒半径为150 mm、转速为152.80 r/min，喂入搅龙直径为320 mm、转速为170 r/min。田间试验表明：该机收获损失率为3%，标准草长率为91%，作业小时生产率为0.25~0.35 hm2/h，割茬高度为150 mm。收割时，割台未出现堵料及纤维缠绕现象；收割后，苎麻割茬整齐，未发现作物茎秆基部存在明显撕裂现象。试验结果表明往复式切割器切割效果良好，整机工作性能稳定，该收割机割台能够满足对饲用苎麻作物的收割要求。