1K-50型果园开沟机开沟部件功耗影响因素分析与试验

为探明1K-50型果园开沟机工作参数和双旋耕刀辊结构参数对作业功耗的影响规律,该文建立了分析开沟部件功耗的切土,运、抛土力学模型,得到了开沟部件功耗与整机工作参数、刀辊结构参数以及土壤力学性能之间的函数关系。搭建了基于土槽试验台的开沟部件功耗测试装置,模拟坚实度为950k Pa的葡萄园土壤环境,以刀辊转速、前进速度、开沟深度和刀辊型式为试验因素,进行单因素试验和多因素正交试验,测得旋耕刀辊在不同结构和工作参数下的功率消耗,得到影响开沟部件功率消耗的因素主次顺序为刀辊型式前进速度刀辊转速开沟深度,其功耗较优参数组合为采用D3型刀辊,刀辊转速为150 r/min,前进速度为0.06 m/s,开沟深度为0.15 m,测得此时开沟部件平均功耗值约为1.22 kW。将装置正交试验表中各因素值代入功耗解析式,利用MATLAB软件进行数值计算与分析,得到影响功率消耗因素的主次顺序与台架试验结果相同,求得功耗理论值与试验值的相对误差百分比最大为12.86%,最小为2.00%,验证了功耗理论模型具有较高的准确性。该研究可为机具改进和小型林果园开沟机的设计提供参考。     

旋转圆盘式开沟机的改造试验

针对现有开沟机不能适应西南丘陵山区开沟作业的问题，通过对前置式圆盘弯刀式开沟机的技术分析和结构改造，实现农艺要求的开沟效果。田间试验表明，开沟部件田间开沟作业性能良好，工作可靠，能够基本满足丘陵山区开沟作业要求。     

免耕播种机开沟圆盘水射流淬火工艺数值模拟及验证

针对免耕播种机开沟圆盘整体淬火后硬度不足且易翘曲变形的问题,该文提出一种水冲击射流淬火方法,利用DEFORM软件对开沟圆盘淬火过程中的硬度和翘曲变形量进行数值模拟,分析了射流阵列参数(喷嘴间距、喷嘴直径和射流速度)对淬火结果的影响,并对工艺参数的优选数值进行了试验验证,二者显示了较好的一致性。结果表明:喷嘴间距是关键工艺参数,当喷嘴间距取4~5 mm时,开沟圆盘可以整体淬透,硬度达到45~49 HRC。开沟圆盘的变形量与喷嘴间距呈抛物线关系,当喷嘴间距取5~6 mm时,变形量达到最大值1.80×10-2~3.30×10-2 mm,淬透后变形量较小。随射流速度的增大,开沟圆盘硬度及变形量均增加,当射流速度为1~6 m/s时,增幅较大,当射流速度6 m/s时,增幅趋缓。在喷嘴直径为4~12 mm范围内,开沟圆盘硬度及变形量均随喷嘴直径加大而增加。优化后的工艺参数为:喷嘴间距为4~5 mm,喷嘴直径为6~8 mm,射流速度为3~6 m/s;此时,开沟圆盘硬度可达45~49 HRC,变形量为1.28×10-2~2.49×10-2 mm。     

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。     

水稻精量穴直播机开沟装置的设计与试验

为解决人工撒播与机械条播表土播种方式存在的苗难齐、产量不稳等问题,根据"精量穴播"、"开沟起垄"的技术思路,对水稻精量穴直播机同步开沟起垄装置的关键部件播种沟开沟器和蓄水沟开沟器进行了研究。根据同步开沟起垄的农艺要求确定适宜直播机水田作业的土壤(壤土和黏土)含水率为50%~58%,并确定了播种沟开沟器及蓄水沟开沟器的外形尺寸分别为50 mm×35 mm×30 mm、80 mm×50 mm×50 mm(上宽×下宽×高度)。对不同开沟方式对水稻出苗、水稻产量及其构成因素的影响进行了对比试验,试验设3个处理:开水沟+开播种沟+机械穴播(W1)、开播种沟+机械穴播(W2)、不开沟+机械穴播(W3),选用杂交稻品种培杂泰丰和常规稻品种玉香油占为试验材料。研究结果表明,与"不开沟+穴播"播种方式相比,开播种沟的播种方式不仅可以保证穴播方式的成行成穴齐苗生长,还可提高水稻出苗率(培杂泰丰提高了13.4%~17.8%,玉香油占提高了12.3%~16.0%);结实率与产量极显著相关,有效穗数与产量亦具有显著相关性。综合考虑3者的变化程度及趋势,"播种沟+水沟+穴播"播种方式总体优势明显,较不开沟播种方式,在水稻产量方面最高可提高8.10%,且始终保持相对最高产量的效果。开沟装置的设计以及大田试验的验证对水稻机械化穴直播技术的推广应用有重要的指导意义。     

疙瘩开沟器减粘降组机理及试验研究

减粘降阻是改善开沟器工作性能的方法之一。根据表面改形和表面改性可减粘降阻的原理,设计出多种表面改形且表面改性的疙瘩开沟器。在含水量１２．９￣２８．１％范围内进行了试验,土壤含水量为１２．９％时,开沟器出现粘土现象;土壤含水量为２２％时,开沟器的粘土现象最严重,土壤含水量为２８．１％时,开沟器的粘土现象有所减弱。开沟器的牵引阻力随着土壤含水量的增加而增加,土壤含水量超过２２．０％时,开沟器牵引阻力有     

滑推式开沟器设计与作业性能优化试验

针对播种深施肥时,播种开沟器回土能力差,导致播种深度难以控制,结合滑推工作原理,设计出一种新型滑推式开沟器。该开沟器具有上宽下窄的结构,易将扰动土推回沟内,具有良好的回土性能,进而容易控制种子的深度。为探究滑推式开沟器的工作性能,在下宽度和滑推高度固定时,以前进阻力、回土量作为试验指标,以滑推角、开沟器上宽度为试验因素,在室内土槽中进行了单因素试验和中心复合表面组合试验（central composite face-centered design,CCF）,对试验数据进行分析检验,得到可信的回归数学模型,分析因素及其交互作用对滑推式开沟器工作性能的影响规律,利用遗传算法NSGA-Ⅱ对回归数学模型进行多目标优化,获得最优的结构参数组合,并进行试验验证。试验结果表明,滑推角对回土量和前进阻力的影响程度均大于上宽度;滑推式开沟器最优的结构参数组合：下宽度为30 mm、上下宽度高度差为150 mm、上宽度为54 mm和滑推角为48°,该条件下的回土量为8.67 g/cm,前进阻力为925.56 N;对最优结构参数组合进行试验验证,得到平均回土量为7.6 g/cm、平均工作阻力为935.78 N,与优化结果比,其相对误差分别为14.8%、1.1%,表明优化结果可信。该研究为开沟器的设计和应用提供新的思路和借鉴。     

播种机开沟深度控制系统的设计与室内试验

针对播种机开沟深度稳定性影响播种质量、开沟深度难以精确控制、仿形滞后等问题,该文设计了开沟深度控制系统,系统包括地表高度检测机构、四连杆仿形机构、PLC控制系统和液压系统。通过建立开沟深度数学模型,确定了开沟深度闭环控制方案,实现了开沟深度的精确和实时控制;采用补偿延迟时间的方法,实现了开沟深度的同步仿形;对系统进行了试验。试验结果表明,系统的响应时间为0.12 s;开沟器上升和下降的平均速度为78.7、102.8 mm/s;前进速度5 km/h条件下,开沟深度在30、50、70 mm时,系统理论开沟深度稳定性系数分别为90.98%、91.45%、92.32%,测量开沟深度稳定性系数分别为90.66%、91.33%、91.82%,系统测量误差≤0.54%,满足开沟深度稳定性要求。该控制系统的研究为播种机播种单体和开沟深度控制机构设计提供了参考。     

疙瘩开沟器减粘降阻机理及试验研究

减粘降阻是改善开沟器工作性能的方法之一。根据表面改形和表面改性可减粘降阻的原理,设计出多种表面改形且表面改性的疙瘩开沟器。在含水量１２．９％～２８．１％范围内进行了试验。土壤含水量为１２．９％时,开沟器出现粘土现象;土壤含水量为２２％时,开沟器的粘土现象最严重,土壤含水量为２８．１％时,开沟器的粘土现象有所减弱。开沟器的牵引阻力随着土壤含水量的增加而增加,土壤含水量超过２２．０％时,开沟器牵引阻力有所下降。牵引阻力随开沟器牵引速度增加而增加,然后出现下降趋势。在牵引速度为７ｋｍ／ｈ时,牵引阻力最大。研究结果表明,Ａ０４２、Ａ１３２不锈钢焊条堆焊的疙瘩开沟器具有显著的减粘降阻效果。     

耙压式除草轮与水田土壤作用的流固耦合仿真分析及验证

为探明水稻机械除草过程中,除草轮的工作阻力大小变化及水田土壤的动态行为,该文利用ANSYS软件的显式动力分析模块LS-DYNA对耙压式除草轮在水田环境下的作业过程进行仿真分析。采用ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)多物质耦合算法建立了土壤-水两物质耦合有限元模型;运用流固耦合算法分析除草轮与土壤-水模型的相互作用过程。采用有交互作用的正交试验方法选取土壤种类、水层厚度和除草轮旋转速度3个因素进行仿真试验分析,得到各因素及其一级交互作用对除草轮和土壤-水模型的耦合应力和土壤扰动率的影响规律。利用多目标优化设计方法综合评判仿真试验结果,综合评分结果表明,在不同的土壤工作环境下,除草轮在水层厚度为60mm、转速为160r/min的作业条件下均可获得较优的工作性能。影响除草轮和土壤-水模型耦合应力的因素主次顺序为:土壤种类水层厚度土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速除草轮转速水层厚度×除草轮转速。影响土壤扰动率的因素主次顺序为:土壤种类除草轮转速土壤种类×水层厚度土壤种类×除草轮转速水层厚度水层厚度×除草轮转速。为验证仿真结果,进行了田间试验和土槽试验,根据仿真所得耦合应力值推导出除草轮所受土壤反作用力扭矩值,与田间实测值相对误差为8.84%;仿真所得土壤扰动率与土槽试验实测值相对误差为9.86%;仿真所得综合评分结果与试验综合评分结果相对误差为7.02%。仿真分析结果可为轻简式水稻除草机应用在不同稻区的田间作业参数提供参考。     

基于颗粒放尺效应的逆旋开沟机刀辊功耗分析与试验

为探究粗粒化建模对逆旋开沟机刀辊功耗的影响,提高离散元法的计算效率,该研究以1K-50型开沟机开沟部件为对象,利用EDEM软件构建适于南方葡萄园土质环境的刀辊-土壤离散元模型,将仿真模型中的土壤颗粒分别放大2～5倍进行开沟仿真试验,对刀辊功耗、工作阻力及土壤运动状态进行分析。结果表明：在土壤颗粒直径为5 mm、刀辊转速132 r/min、前进速度0.06 m/s、开沟深度0.3 m工况下,刀辊稳定作业阶段的功耗、水平阻力及垂直阻力平均值分别为3.73 kW、923.85 N和148.30 N,仿真功耗相对实际功耗的误差为9.9%。开沟仿真过程中刀辊的功耗、工作阻力平均值及土壤运动状态随放尺比例的变化而变化,其中刀辊功耗与水平阻力平均值随放尺比例增大而减小,垂直阻力平均值随放尺比例先减小后增大再减小,且增大放尺比例使得土垡从刀片正切面的抛出时刻提前,抛出速度减小,土垡逐渐松散,壅土高度增加,但不改变正切面上各深度土层的土壤分布顺序。放尺比例为2～5时,仿真计算时间相较原尺状态减少99%,但仿真功耗相对实际功耗的误差超过32%,当放尺比例为1.2时,能够将功耗相对误差控制在11.1%,仿真时间为22.9 h,仿真数据量313.72 GB。研究结果可为农机领域离散元放尺计算及构建刀辊-土壤粗粒化模型提供一定参考。     

冬小麦籽粒受挤压特性的有限元分析及试验验证

为降低小麦籽粒在收获、贮藏、运输过程中的机械损伤,掌握小麦籽粒粉碎机理,运用有限元法建立小麦籽粒的力学模型,研究小麦籽粒在压缩载荷作用下的应力分布规律。在材料力学万能试验机上进行压缩试验,测得不同含水率9.1%～21.6%的小麦籽粒在3种压缩型式下的弹性模量为98.86～206.59 MPa,屈服强度为0.8～1.95 MPa,破碎负载为63.44～154.77 N,最大应变为0.71%～1.02%。结果表明：在3种压缩型式下,破碎负载、弹性模量、屈服强度随着含水率的增加均有明显下降;在同一含水率下,B型压缩时破碎负载最大,L型压缩时次之,H型压缩时最小;屈服强度和最大变形在采用B型和L型压缩时较大,在H型压缩时较小;其主要破碎形式为在腹沟位置产生裂纹。比较3种压缩型式下的试验值的和仿真值,二者最大差异是12%,验证了仿真数值解可行性。     

胡麻籽粒离散元仿真参数标定与排种试验验证

为借助离散单元法优化胡麻机械化生产装备提供胡麻基本参数,该文对甘肃省普遍种植的定亚22号、陇亚10号、陇亚13号3种胡麻籽粒通过试验法测定了胡麻籽粒的基本物理参数（3个方向尺寸、质量密度、体积密度、泊松比、千粒重、含水率、弹性模量）和接触力学参数（恢复系数、静摩擦系数）;通过调整胡麻模型的滚动摩擦系数条件下形成的胡麻堆积角逼近胡麻实际堆积角方法,预测胡麻滚动摩擦系数。结果表明：定亚22号胡麻滚动摩擦系数为0.041 5、陇亚10号为0.042 5、陇亚13号为0.042 0。探讨了胡麻堆积角形成过程中滚动摩擦系数对胡麻与底板接触数量、胡麻动能和重力势能影响变化规律,结果表明：随着滚动摩擦系数的减少,胡麻与底板的接触数量增加,胡麻种群的转动动能呈先增加后减小的变化趋势;减小胡麻滚动摩擦系数,其转动动能增加。通过设计的异型窝眼轮排种仿真和大田试验可知,胡麻平均穴粒数为9.5粒,标准差为1.5粒;大田试验的平均穴粒数为9粒,标准差为1粒。仿真和试验结果的穴粒数平均值的相对误差为5.26%,基本满足西北旱区胡麻播种机械设计参数优化需求。     

玉米根茬收获系统的有限元模态分析与试验

针对研制的集铲挖和脱土于一体的玉米根茬收获系统,为进一步优化该系统的作业性能,采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的研究方法,获得了该系统的前20阶的固有频率,以及各主要工作部件的典型振型。研究结果表明：系统的1～4阶（8.5～29.6?Hz）模态主要表现为升运链的整体弯振;5～14（44.1～124?Hz）阶模态表现为各主要功能部件的横梁及主轴的弯曲、扭转振动;15～20阶模态（135～190?Hz）则主要表现为各功能部件的末端振颤,上述系统模态属性,可为系统结构振动特性的描述及整机作业性能的优化提供依据。     

转鼓式固体发酵罐支承结构设计及有限元分析

为实现以甜高粱为原料的先进固态发酵法(advancedsolid-statefermentation,ASSF)生产燃料乙醇工艺的大规模、自动化、连续生产而开发的大型转鼓式固体发酵罐,其支承结构的设计是影响设备安全稳定运行的决定性因素。通过分析甜高粱秆碎料在发酵罐内的运动特点,确定了加载在筒体和支承结构上的载荷状况。应用有限元分析软件ANSYS对的支承系统各部件进行了三维实体建模,考虑了各部件间的接触关系,对工作状态下的非线性接触应力做出了理论分析和数值模拟,分别得出了支承系统内摩擦环、支撑轮和轮轴的应力分布规律。根据有限元分析结果,以限制筒体变形量和避免疲劳裂纹扩散作为主要关注点,提出了在制造过程中需要控制焊接变形和减少焊接残余应力的重点部位和技术要求。通过电测应力法在工程现场对仿真结果进行验证,结果表明:有限元计算对应力峰值部位预测结果与试验值一致,得到的应力分布规律具有较高的准确性。该研究可为类似大型回转式农业机械的支承结构的设计提供参考。     

圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制与试验

针对目前中国马铃薯收获机械普遍存在的薯土分离不完全、易于堵塞、振动大和功耗过大等问题,该文研制了一种与四轮拖拉机配套的圆盘栅式马铃薯挖掘机。为提高分离效率,该机采用栅条式挖掘装置和圆盘栅式分离装置,通过计算确定了挖掘装置和分离装置各关键参数。改进了圆盘切刀结构,方便其切土的同时漏掉侧边细小土壤。田间试验表明:圆盘栅式马铃薯挖掘机挖掘、输运流畅、分离效果显著,伤薯率为4.3%、损失率为3.3%、明薯率为97.5%,3项指标结果均达到了技术规范设计要求。此外与拨指轮式马铃薯挖掘机进行的田间试验对比中发现,该机在明薯率和损伤率2项参数对比中占优。因此,圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制成功为西北旱作农业区垄作马铃薯的挖掘提供了一种防堵、薯块易捡拾、功耗小和适应性强的马铃薯挖掘机。     

全膜双垄沟起垄覆膜机镇压作业过程仿真分析与试验

为深入研究全膜双垄沟起垄覆膜机镇压作业过程中不同工作参数对机具运行及种床构建质量的影响,该文利用ABAQUS软件建立镇压装置轮组与种床土壤互作的三维有限元模型,模拟镇压作业过程中触土部件与土壤相互作用的动态过程。采用三因素三水平Box-Behnken试验设计方法,建立载荷、机具前进速度、土壤含水率与垄面沉陷量、水平牵引阻力及渗水孔偏移量之间的数学模型,寻求覆膜机镇压轮组的最优作业参数组合。仿真试验中采用基于ALE算法的自适应网格划分技术解决网格畸变导致的仿真中断问题。仿真结果确定了3种不同土壤条件下较优的作业参数组合,并进行田间验证试验。结果表明,土壤含水率为15%条件下,机具前进速度为1.01m/s,施加载荷为100N时镇压轮组所受水平牵引阻力均值为44.15 N,大垄垄面平均沉陷量为11.82 mm,渗水孔平均偏移量为8.25 mm,试验结果满足全膜双垄沟种床构建质量要求。本文建立的三维有限元模型可用于预测镇压装置工作过程中的作业情况,可为机械化双垄沟种床构建作业方式及起垄覆膜机镇压装置的设计提供参考。