牵引式玉米秸秆切割揉碎方捆打捆机设计与试验

针对我国玉米秸秆收储、利用难及现有秸秆收获机械可靠性低、适应性差等问题,从切割揉碎打捆理论与试验研究角度,探明秸秆切割揉碎打捆作业技术。设计了一种对田间直立、铺放或散状整株玉米秸秆可一次性完成切割、揉碎、输送和打捆作业的牵引式玉米秸秆切割揉碎方捆打捆机。对牵引架、切割揉碎装置、网筛式物料导流装置和压缩打捆装置等关键部件进行了结构设计,并开展了样机试制及试验。试验结果表明,样机破节揉碎率91.3%,成捆率99.0%,秸秆捆密度167 kg/m3,规则秸秆捆率95.6%,秸秆捆抗摔率93.5%,样机作业性能良好,符合相关标准要求。研究成果实现了直立、铺放或散状整株玉米秸秆切割、揉碎和打捆一体化技术融合,可为秸秆打捆机的设计提供参考依据。      

9R-40型揉碎机结构有限元分析——基于ANSYS Workbench

锤片式揉碎机作为一种重要的秸秆饲料加工机械而被广泛地应用在饲料生产作业中。为此,基于有限元软件ANSYS Workbench,对揉碎机转子和机壳进行静力学和模态分析。静力学分析结果表明:揉碎机转子的危险截面主要集中在主轴键槽和轴承颈附近,且最大应力远小于许用应力。模态分析结果表明:由于转子正常工作时的临界转速远大于轴正常工作时的转速,不会引起共振,符合设计要求。机壳的模态分析可确定其模态频率范围,通过优化其结构避免外界激振频率与固有频率接近。通过ANSYS Workbench对揉碎机结构进行有限元分析,为揉碎机整体结构优化设计提供了理论依据。     

秸秆切割揉碎卷制成型机设计与试验研究

针对我国农牧业生产中农作物秸秆产量不断增加，秸秆收储难、利用率低的现状，以及现有秸秆卷制成型机功能单一、可靠性差等问题，研制了一种新型秸秆切割揉碎卷制成型机具。设计了切割揉碎装置、强制喂入装置、成捆室和缠网机构等主要工作部件，并对机具进行了田间性能试验。试验结果表明:捡拾幅宽为2.2 m，成捆率为100%，草捆密度为150.8 kg/m3，牧草总损失率为1.95%。该机工作性能可靠，各项性能指标均达到了国家标准规定的要求，对研究秸秆高效、高质量收获具有重要的指导意义。      

基于ANSYS的残膜回收机提土筛膜组件机架静力学及模态分析

残膜回收机提土筛膜组件机架是重要的承载部件,为避免作业过程中出现机架结构强度不足和共振问题,运用Solidworks软件建立三维几何模型,并采用ANSYS软件分别对其进行有限元静力学及模态分析。静力学分析结果表明:机架在静载荷51.975×10~(-3) MPa下最大位移0.118 9 mm,最大应力为23.441 MPa,小于机架材料的屈服强度235 MPa。模态分析结果表明:机架前6阶固有频率的范围是93.617～32.582 Hz,与激励频率0～15 Hz不在相同范围,故工作时不会引起机架发生共振。研究结果可为相关机械结构设计提供参考。     

弧形扎膜钉齿设计与试验弧形扎膜钉齿设计与试验

为研究弧形扎膜钉齿设计合理性和作业可靠性的问题,采用理论分析的方法研究弧形扎膜钉齿在土壤中的受力情况,并基于Ansys有限元分析软件对其进行模态仿真与静力学仿真,最后根据田间试验结果验证设计与仿真试验的合理性。通过理论分析可知,弧形扎膜钉齿结构参数和机具牵引力对其在土壤中运动时的受力情况影响显著;通过对弧形扎膜钉齿的模态分析可知,其1阶固有频率为788.15 Hz,远大于外界激励频率,弧形扎膜钉齿不会发生共振;通过对弧形扎膜钉齿的静力学分析可知,弧形扎膜钉齿的最大变形为6.705 8 mm,最大应变为3.889 2×10-3 mm/mm,最大等效应力为466.27 MPa;通过田间试验结果表明残膜回收机的残膜捡拾率均值为58.53%,脱膜率均值为98.14%,弧形扎膜钉齿的设计达到预期目标,工作满足实际作业要求,强度也满足实际工作需求。本研究可为新型残膜回收机的设计提供基础。     

可降解穴盘切割刀具优化设计与有限元分析

针对现有的穴盘苗全自动移栽机分苗装置中刀具对可降解穴盘切割效果较差的问题,对分苗装置中的刀具进行优化。运用Soildworks软件分别建立24齿单、双刃圆盘切刀,36齿单、双刃圆盘切刀,48齿单、双刃圆盘切刀的三维模型,运用ANSYS软件对六种圆盘切刀进行有限元静强度分析。仿真结果表明:24齿双刃圆盘切刀切割可降解盘过程中受到的最大应力、产生的最大应变都是最小值,分别为1.658 4×10~5 Pa和8.350 2×10~(-7) m/m。运用Design-Expert软件得到齿数与刃口形状两大因素对最大应力、应变的影响效果的回归方程模型和试验因素响应曲面,确定圆盘切刀的最佳组合形式为24齿双刃圆盘切刀。再对其进行Modal模态分析,得到圆盘切刀的10阶振型,通过固有频率与转速之间的关系,验证圆盘切刀正常切割可降解盘作业时的额定工作转速为33.4 Hz,圆盘切刀发生共振的临界转速为202.7 Hz,圆盘切刀发生共振的临界转速高于实际工作时的转速,发生共振可能性极小,为切割可降解盘的圆盘刀具的优化和设计提供理论依据。通过圆盘切刀的切割试验结果可知24齿双刃圆盘切刀在350 r/min、400 r/min、450 r/min转速条件下的切割合格率分别为88.9%、86.1%和80.6%,可保持良好的切割稳定性。     

收获粉碎式秸秆捡拾压捆机捡拾机构的设计

捡拾机构是秸秆捡拾压捆机中的关键部件。为提高秸秆捡拾压捆机的收割捡拾效率,在分析国内外捡拾器的基础上,设计了"锤爪式"捡拾揉搓机构。该机构利用动力输出轴经捡拾锤爪实现了集切割-捡拾-揉搓于一体的捡拾作业,不仅能对割晒农作物秸秆进行捡拾,还能对站立的农作物秸秆进行切割、捡拾揉搓。试验结果表明,该结构提高了压捆机的捡拾工作效率,切割效率99.07%,搓丝长度10~50mm。     

双孢菇工厂化搔菌机机架模态及有限元分析

为增强双孢菇工厂化生产自走式搔菌机作业可靠性和安全性,运用SolidWorks三维建模软件建立机架的三维模型,在ANSYS Workbench中对其进行模态分析。提取出前10阶固有频率和模态振型,并与外部激振频率进行对比分析,排除可能发生共振现象的固有频率,并进行机架的有限元分析。结果表明:机架前10阶固有频率在35.26~113.41 Hz之间,在第9阶固有频率106.31 Hz出现最大振幅为24.153 mm,在第3阶固有频率51.737 Hz出现第2大振幅19.06 mm,振幅范围在8.705~24.153 mm,机架上各阶固有频率有效地避开了可能发生共振现象的外部激励频率范围,且机架满足设计强度要求,进一步提高了搔菌机作业安全性。本研究为双孢菇工厂化生产自走式搔菌机的设计与优化提供参考。     

基于ANSYS的压捆机压捆室受力分布有限元分析

以9KG-350型液压式高密度压捆机压捆室为研究对象,通过对揉碎后玉米秸秆进行高密度压捆试验研究,测得压捆室侧壁不同位置的受力情况,得出揉碎后玉米秸秆在高密度压捆过程中压捆室受力分布规律.同时,应用有限元软件 ANSYS 对压捆室受力分布进行分析,得出压捆室各个部位的变形情况以及受力情况,分析结果与高密度压捆试验结果一致.所得结论可为高密度压捆机的结构设计、结构强度校核等提供依据.     

自带传动动力恒频方草捆捡拾压捆机设计与试验

阐述了自带传动动力恒频方草捆捡拾压捆机的基本结构及工作原理,对压捆机的总体结构、捡拾器、输送喂入机构和压缩机构进行了结构设计和参数分析。试验结果表明：本机结构合理、自动化程度高,其成捆率达到了99.1%,规则草捆率为98%,草捆密度达到了130～230kg/m3,可对牧草、农作物秸秆进行捡拾、压缩和打捆联合作业。     

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。     

秸秆打捆机软件可视化系统应用研究

以秸秆打捆机可视化监控系统为研究对象,搭建打捆机可视化监测硬件系统,利用MDK和Software模块进行可视化监测系统软件设计,并进行系统应用过程中的软件测试研究。测试数据曲线表明:秸秆打捆机可视化监测系统能够对打捆的实时参数进行监测及曲线显示,显示结果较好地反应了打捆过程中的单草捆质量及密度,且曲线数据可对秸秆草捆的打捆时间、打捆累计质量、累计体积及当前打捆平均密度进行实时反应。     

钢辊式圆捆机旋转草芯形成影响因素分析与优化

针对国产的中小型钢辊式圆捆机收获完整稻秆易产生堵塞的问题,利用自行设计的钢辊式圆捆机(草捆直径约500 mm)试验装置对其打捆过程进行了研究。通过高速摄像分析可知:旋转草芯形成过程实质上是稻秆在卷压室内连续卷绕累积的过程,形成的旋转草芯可对后续喂入的稻秆产生较大的牵带作用,进而消除打捆堵塞。通过试验分析可知,旋转草芯形成过程主要依靠钢辊对稻秆的摩擦牵引及后续喂入稻秆的持续推动完成的,据此,针对影响钢辊式圆捆机形成旋转草芯的主要因素——钢辊对稻秆的摩擦作用、捡拾器弹齿端点线速度以及稻秆喂入量为试验因素,以旋转草芯形成时的干物质质量为评价指标,进行了试验研究。结果表明:各因素对旋转草芯形成时的干物质质量贡献率从大到小依次为:钢辊对稻秆的摩擦作用、捡拾器弹齿端点线速度、稻秆喂入量。当因素参数组合为钢辊与稻秆间的滑动摩擦因数约0.65、捡拾器弹齿端点线速度2.23 m/s、稻秆喂入量1.5 kg/s时,旋转草芯形成时的干物质质量为1.58 kg。研究结果可为钢辊式圆捆机的设计及其作业参数优化提供理论及技术依据。     

甘蔗叶打捆收集机械作业性能的对比试验研究

通过对我国秸秆打捆机械的调查分析,针对目前甘蔗叶机械化收集缺乏配套机具及现有机型适应性较差的现状,选择了5120型圆捆机和FSB-1600型方捆机作为试验研究对象。通过对这两种打捆机收集甘蔗叶的田间性能对比试验,分析了各机型的主要技术指标:作业小时生产率、单位面积耗油量、捡拾损失率。结果表明:两种机型的作业小时生产率基本一致,5120型圆捆机的单位面积燃油消耗量明显高于FSB-1600型方捆机,5120型圆捆机的捡拾损失率要优于FSB-1600型方捆机,且波动较小。通过两种打捆机的对比试验分析,为甘蔗叶打捆机的理论研究与优化设计提供了依据和新思路,有利于甘蔗叶综合利用产业的规模化发展。     

自走式捡拾高留茬切割装置设计与试验

针对含水率高的作物需要晾晒2~3天后再进行秸秆捡拾打捆的需求,研制了自走式捡拾高留茬切割装置。以4L-4.0型稻麦联合收获打捆复式作业机为样机,将拨禾轮更换为新设计的捡拾装置,对捡拾幅宽、弹齿间距、喂入量匹配及反转机构进行了分析和设计,实现田间秸秆的捡拾打捆和高留茬作物的切割回收。与目前市场上的牵引式捡拾打捆机相比,设计的自走式捡拾高留茬切割打捆机灵活性更好、适应性更强,实现了一机多用。     

小型方捆机草捆动态称量系统设计与试验

针对小方捆机作业过程中草捆连续、单捆动态分离称量难、捡拾器升降频繁、地面起伏大等问题,基于多传感器融合技术设计了一套方捆机草捆动态称量系统。提出了一种草捆动态分离、识别方法,构建了基于称量台实时下压力和俯仰角的双参数草捆动态称量系统,实现了单草捆动态独立称量。该系统由机械部分、传感器部分、数据采集模块、卫星定位模块、显示终端及上位机软件组成,传感器部分包括4个压力式称量传感器、称量台俯仰角传感器和草捆状态识别传感器。系统可以实时显示称量台下压力、称量台俯仰角、草捆质量、草捆状态和经纬度等信息。进行了草捆动态称量系统性能试验,结果表明,静态模式下系统的草捆质量预测值最大相对误差为0.38%;动态模式下草捆质量预测值和真实值决定系数R2达到0.996,系统预测的相对误差为-4.40%~4.30%。说明系统具有较高的准确性及较好的鲁棒性,满足田间草捆称量的实际需要,为打捆机作业质量评价提供了一种快速测量手段。     

基于分布式操作系统的自动打捆机设计

以小麦玉米秸秆自动打捆机为研究对象,针对现阶段秸秆打捆出现的自动化程度低、打捆可靠度不高等问题进行分析,利用分布式操作系统建立秸秆自动打捆机控制系统,并选用一种椭圆式齿轮箱实现打捆机执行机构。打捆机结构设计完成后,进行控制系统软件设计,并进行搭载试验。结果表明:利用分布式操作系统搭建的秸秆自动打捆机,打捆损失率低,成捆率高,成捆密度高,各项指标均符合相关标准,且操作简便、稳定性高,可满足现阶段农业生产过程中的秸秆打捆要求。     

小方草捆机草捆收获自动监控系统研制及试验

目前,国内外小方草捆机还不具有自动监测和控制功能,随着牧草收获机械向精密控制方向发展,实现小方草捆机草捆收获过程的自动监控功能显得尤为必要。为此,主要对小方草捆机自动监控系统进行了研制及试验。在小方草捆机上配置压力传感器、称重传感器、磁性行程开关采集工作中的数据信号,再通过PLC控制装置对信号处理并传输,将小方草捆机工作中打捆的草捆数、工作面积、草捆的工作压力及草捆质量等参数在驾驶室工控显示装置上显示;在小方草捆机上安装双同步液压缸,操作人员可根据生产的需要,按动工控显示装置上的按钮来控制液压缸的伸缩,从而改变草捆工作压力使草捆密度达到合适的要求。试验结果表明:草捆计数、面积测量记录数据与实际测量一致,由于机器在运动中有振动,草捆质量测量误差为3.5%,达到了设计要求,实现了小方草捆机工作过程监测及参数控制。本研究可为小方草捆机精密自动监测系统设计及应用提供参考。     

小型秸秆圆捆机喂入机构的设计与试验

针对传统小型秸秆圆捆机打捆作业时经常会出现堵塞的问题,结合打捆要求,设计一种由前置喂入对辊、后置挤压对辊和护板组成的新型喂入机构,并以稻秆为试验原料,采用3因素5水平正交旋转设计方法进行试验研究,分析前置喂入对辊的间距、后置挤压对辊的间距以及挤压倾角对秸秆喂入性能的影响,试验表明当前置喂入对辊的间距为50 mm、后置挤压对辊的间距为22 mm、挤压倾角为19°时,喂入机构可有效减少小型秸秆圆捆机出现堵塞的问题,满足日常打捆需求。该研究可为圆捆机的结构设计提供参考。