荸荠收获机弹簧辊式泥果分离装置研制

针对荸荠收获泥果分离难、果实损伤率高的问题,根据旱地环境下荸荠采收作业需求,该研究提出一种由正反旋弹簧并排布置的荸荠收获机弹簧辊式泥果分离装置。通过对荸荠与弹簧辊的相对运动过程动力学分析,确定了影响荸荠收获泥果分离的关键因素为弹簧外径、螺距、相邻弹簧间距、高度差及弹簧转速、线径、作业速度。利用EDEM软件建立泥果混合物离散元模型,对弹簧辊结构参数与工作参数进行单因素试验,分析各因素对泥果分离效果的影响。以荸荠筛分率和土壤筛分率为指标进行二次回归正交试验,得到弹簧辊最佳参数组合为外径100 mm、螺距30 mm、间距9 mm、转速420 r/min,该参数组合下荸荠筛分率为80.00%,土壤筛分率为80.69%。进行仿真验证试验,对比试验结果与模型预测值,荸荠筛分率平均相对误差为2.09%,土壤筛分率平均相对误差为2.42%。以明果率、伤果率、破皮率、挖净率为指标开展模拟采挖试验,分析不同线径弹簧辊的泥果分离能力,确定12 mm线径弹簧兼具较好的振动筛分性能和较低的损伤率。通过实际收获试验测得作业速度0.21 m/s,作业效率0.19 m^(2)/s,碎土率75.61%,明果率82.42%,伤果率14.73%,破皮率7.01%。研究结果可为荸荠收获机研制和优化改进提供参考。

考虑倒伏与粮仓容积的再生稻头季机收路径规划

为提升机具作业效率和质量、减少土壤碾压等,该研究提出一种同时考虑作物倒伏状态、碾压面积和收获机粮仓容积的路径规划算法(harvester grain bin capacitated arc routing problem,HGBCARP)。该算法由作业信息处理模块和作业路径规划模块组成,作业信息处理模块将农田边界、卸粮点位置、作物倒伏方向及面积、位置等信息转化成可处理的数据形式并传输给路径规划模块,然后由路径规划模块进行作业行方向划分、作业行遍历顺序寻优、转弯方式生成、碾压面积计算等,最终得到最优路径规划结果。采用改进遗传算法,分别以3种再生稻收获机、2种传统水稻收获机和3种不同田块为对象,以行驶路径长度、碾压面积、收获粮食量为评价指标,采用回转式收获路径和HGBCARP式收获路径规划开展对比试验。结果表明,HGBCARP式比回转式收获路径碾压面积每公顷减少11.79%~27.20%,可使倒伏的机收头季稻增收1.64%~1.95%;同时在3种不同田块条件下进行仿真试验,HGBCARP式比回转式收获路径可使碾压面积每公顷减少7.25%~20.09%。使用电动无人履带式底盘对不同收获路径进行田间模拟收获试验,HGBCARP式收获路径与传统牛耕往复式及回转式收获路径相比,碾压面积减少约11.21%~28.03%,在路径长度减少约6.81%~23.46%,验证了HGBCARP式路径规划方法的有效性,研究结果可为智能化作业路径规划研究提供参考。

建三江水稻产后机械化收获方法与减损技术分析

针对现代化大农业节本、提质和增效的生产需求,以节粮减损为主要目标,围绕建三江水稻收获工艺、收获机构造、智能检测等关键技术环节,系统研究建三江水稻产后机械化收获减损和节粮技术与方法。对建三江典型水稻农场的实际收获地块进行对比试验分析,采用含水率、千粒重、单位产量和爆腰增率作为指标进行节粮减损效果评价,试验表明:两段收获法优于直接收获法,适合北方水稻节粮减损的工艺要求。

顶钵-夹茎组合式取苗装置设计与试验

针对现有钵苗自动移栽技术中,夹钵式取苗方式受钵体强度及盘根性差异影响易导致钵体破损,降低取苗成功率,夹茎式取苗方式受茎秆强度及钵体与穴盘之间黏附力影响易造成伤苗、钵体不能取出等问题,该研究提出了一种顶钵-夹茎组合取苗方式,并进行了结构设计、装置试制与试验优化。对辣椒穴盘苗茎秆和钵体力学特性进行了测试,得到茎秆拉伸和径向压缩力学特性,及钵体拉拔与压缩力学特性,并建立了顶钵-夹茎组合式取苗装置在顶与夹过程中钵体和茎秆的受力模型,对取苗装置关键参数进行了设计。搭建试验台架,以“中农绿亨线椒363”穴盘苗为对象,以钵体含水率、取苗频率和顶钵高度为影响因素开展正交试验,结果表明经顶钵-夹茎取苗后的穴盘苗生长状态良好,确定最优水平为含水率45%,取苗频率60株/min,顶钵高度10 mm,该条件下钵体破损率为1.98%,取苗成功率为98%。田间试验表明平均取苗成功率为93.05%,株距合格率为88.17%。研究可为辣椒、番茄等旱地作物穴盘苗移栽技术改进优化提供参考。

基于刚柔耦合的水稻脱粒滚筒仿真分析与试验

为降低4LZ-4.0型联合收割机机收作业中籽粒破碎率,提高清洁度,依托纵轴流差速分段式脱粒滚筒,设计了杆齿、弓齿和刀齿3种形状的脱粒元件,通过改变脱粒元件表面与籽粒碰撞时的接触状态,刚柔耦合成6种类型脱粒滚筒;基于冲量-动量定理对籽粒碰撞过程进行分析,通过仿真试验得到刚性杆齿和刚柔耦合杆齿与水稻籽粒谷物接触时籽粒所受法向力均值分别为28.4 N和22.3 N,籽粒所受切向力均值分别为14.43 N和8.74N。以前滚筒齿形、前滚筒转速和前后滚筒转速差为影响因素,以水稻籽粒破碎率和未脱净率为评价指标进行3因素3水平正交试验。结果表明:前后滚筒转速差对破碎率的影响最大,前滚筒齿形对未脱净率的影响最大;试验得到的最优组合为前滚筒齿形为弓齿、前滚筒转速为600 r/min、前后滚筒转速差为100 r/min;与刚性脱粒元件相比,带有聚氨酯橡胶套的刚柔耦合脱粒元件可有效降低水稻籽粒破碎率,平均可降低18.5%。

国内水稻联合收割机发展历程及趋势

概述了我国水稻联合收割机的发展历程,结合我国水稻联合收割机的技术现状和作业需求,展望了未来我国水稻联合收割机的发展方向,为我国水稻联合收割机的研发提供参考。

水稻收割机作业性能数字化试验鉴定方法研究

针对水稻收割机田间作业性能数字化试验鉴定手段缺乏的问题,构建了水稻收割机田间作业性能数字化试验鉴定系统。工作时,GPS模块实现田间作业速度和作业位置实时监测,破碎含杂率检测装置实现破碎率、含杂率在线监测,损失率检测装置实现清选损失率和夹带损失率的在线检测,各功能模块通过CAN总线与人机交互系统实现数据通信。同时,开展了相关的田间试验以验证系统的性能,结果表明:水稻收割机田间作业性能数字化试验鉴定系统破碎率的检测性能最好,准确率平均值达到77.85%;含杂率的检测性能次之,平均准确率为76.62%;损失率的检测性能最差,平均准确率为75.46%;就整机性能鉴定结果而言,人工检测和水稻收割机田间作业性能数字化试验鉴定系统检测结果具有一致性。由此可见,本文构建的水稻收割机田间作业性能数字化试验鉴定系统能够实现收割机田间作业性能在线检测,可为水稻收割机田间作业性能数字化试验鉴定提供有力的技术支持。

双出风口多风道离心风机内部流场数值模拟

针对现有全喂入式水稻联合收获机风筛式清选装置中单风道离心风机的缺点,运用Solidworks软件建立了双出风口多风道离心风机的流道模型,利用ICEM软件进行了网格划分,并用Fluent软件对双出风口多风道离心风机内部流场进行了三维数值模拟,确定了风机的结构尺寸。改进后风机内部流场仿真结果表明:双出风口多风道离心风机的上出风口和叶轮外边缘处气流速度较大,叶轮流道的压力沿径向逐步增大,下出风口Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的气流速度逐步增大,风速衰减距离增加,有利于气流覆盖整个筛面;上出风口处横向气流基本成层状分布,下出风口的3个风道横向气流呈中间高两边低的对称分布,存在明显的边界效应。分析了风机转速、进风口直径和分风板角度的变化对风机内部流场分布、出风口风速、风量的影响:上出风口和下出风口Ⅱ和Ⅲ的风速、风量和压力最大值随风机转速的增加逐步增大;各出风口的风量及风速最大值随进风口直径减小(或增加)而减小(或增加),其中下出风口Ⅰ变化较明显;上、下分风板角度的改变使得下出风口的风速和风量发生了较大变化。

油菜分段收获脱粒清选试验

对我国南方油菜分段收获割晒后的脱粒清选特性和脱粒清选参数进行了研究。通过在试验台上脱粒和清选正交试验,得出了分段收获捡拾脱粒机脱粒、清选部件形式和两组合理的工作参数。试验结果表明:脱粒分离夹带损失最小的优选参数组合为喂入量1.6kg/s、滚筒转速750r/min、脱粒间隙15mm、滚筒形式钉齿6排;影响脱粒分离夹带损失率的主次因素为滚筒形式、喂入量、脱粒间隙和滚筒转速。综合考虑清选损失率和含杂率最小的优选参数组合为开度10mm鱼鳞筛、振动筛曲柄转速260r/min、离心风机转速860r/min、离心风机倾角15°;由模糊综合评价值的极差分析可得因素的主次排序为离心风机倾角、振动筛曲柄转速、筛片结构形式和离心风机转速。

4LZ-0.8型水稻联合收割机清选装置气固两相分离作业机理

为解决小型水稻联合收割机脱净率和损失率问题,提高脱粒清选质量,利用两相流动力学理论,分析了4LZ-0.8型水稻联合收割机脱粒清选分流筒中气流和杂物颗粒两相流动的规律。建立了杂物颗粒流的运动微分方程,导出了分离筒中杂物漂浮速度计算的一种方法,通过比较不同粒径、密度的物料的悬浮速度,得到了杂物颗粒最高速度与气流速度之比随气流速度变化的关系曲线,气流和杂物在分流筒及吸风管中运动时的压力损失随气流速度变化呈现先降后升的规律,压力损失中以加速损失和摩擦损失为主,各约占30%和26%。压力损失曲线存在最小值,此时的气流速度定义为经济气流速度。在喂入量为0.8 kg/s,谷草比为3:1脱粒条件下的经济的清选气流速度9.2 m/s,压力损失为630 Pa。该研究为4LZ-0.8型水稻联合收割机脱粒清选部件的参数优化设计及风机的选择提供了理论依据。

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。

龙须草茎秆往复式切割试验研究

为解决现有往复式切割器收割龙须草的问题,拟对龙须草茎秆进行切割间隙、切割速度、切割刀片组合形式、切割茎秆部位、切割茎秆数量等因素进行了单因素试验,在单因素试验的基础上选取了正交试验的因素水平,完成了茎秆最大剪切力的正交试验,实验结果表明切割间隙和切割刀片组合形式对剪切力影响较大,切割速度对剪切力影响相对较小。最后通过选取斜齿刀-斜光刀组合模式与斜光刀-斜光刀传统刀片组合进行田间试验对比,结果表明斜齿刀-斜光刀组合的切断率提高了23%,刀片缠草率降低了94%,极大地提高了龙须草切割作业质量和作业效率。研究结果表明斜齿刀-斜光刀组合刀片用于龙须草收割是可行的。

小区小麦育种收获机锥型脱粒滚筒性能试验

小区小麦育种收获机锥型脱粒滚筒体积小、功耗低,可加快脱粒滚筒轴向物料输送,提高清机效率。为了进一步研究锥型脱粒滚筒作业性能,结合自行研制的纵轴流锥型滚筒脱粒装置,通过改变锥型滚筒主要结构参数进行对比试验,得出滚筒锥角及滚筒脱粒元件是影响滚筒作业性能的主要结构参数。在选取最优参数后研制出一种集钉齿、短纹杆-板齿于一体,锥角为13°的组合齿锥型滚筒,并进行试验。试验结果表明,该滚筒作业时种子破碎率为0.52%,滚筒脱粒损失率及籽粒含杂率分别为0.43%及6.23%,装置内部种子残留率为0,功耗为2.48kW,符合小区小麦育种收获要求。

短纹杆-板齿式轴流脱粒分离装置性能试验

针对目前水稻联合收获机脱粒分离装置的功耗高、脱出物含杂率高及分布不均匀等问题,研制了一种短纹杆-板齿脱粒滚筒并对其进行了水稻脱粒分离试验。建立了脱粒功耗、脱粒损失、脱出物含杂率与脱粒间隙、滚筒线速度、喂入量之间的数学模型,利用Matlab进行多目标优化,得到了短纹杆-板齿脱粒分离系统的最佳工作参数。试验结果表明,短纹杆-板齿脱粒滚筒在脱粒水稻时功耗较低,脱出混合物含杂率低,分布较均匀,能有效地减小清选负荷。

轴流式脱粒-清选装置试验台的设计

针对全喂入联合收获机田间试验费时、费工,诸多参数无法调整,数据获取困难、精度不高,可重复性较差等问题,设计了轴流式脱粒-清选室内试验台。机械系统采用可组合的模块化结构,工作部件更换和运动参数调整方便,设计了分析脱出物、清选后籽粒的空间分布的接粮箱。以PLC作为硬件控制系统的核心,采用虚拟仪器技术构建的测控软件系统,可方便实现对工作部件的转速、振幅、频率、扭矩、功率等参数进行实时采集、显示、处理与分析,为轴流式脱粒-清选装置的设计提供试验依据。

超级稻单茎秆切割力学性能试验

在自制的切割试验台上对超级稻单茎秆切割力学特性进行了试验。根据测量获取的切割力连续变化曲线计算了6种超级稻样本的切割功耗,分析了切割速度、切割位置以及切割刀具组合对茎秆切割力和功耗的影响。结果表明：不同品种超级稻单茎秆峰值切割力达到24~32 N,随着切割位置的提高切割力有小幅下降趋势,峰值切割力和切割功耗随茎秆截面积的增大几乎呈线性增加,随着切割速度的增加而逐渐减小。

纵轴流清选装置混合流场数值模拟与优化试验

清选装置性能决定着收获机的作业性能,为了克服纵轴流全喂入风筛式清选装置单风道离心风机气流场不均匀的缺点,对风机、脱粒滚筒产生的混合流场进行三维数值模拟,提出纵轴流全喂入双风道六出风口风机的改进结构,并分析结构改进后振动筛面的气流速度对全流域气流分配的影响。同时,对改进后清选装置进行风机转速、风机入射倾角、鱼鳞筛夹角3因素正交优化,分析了各因素对气流场的影响规律,得到最优参数组合:当风机入射倾角30°、鱼鳞筛夹角40°、风机转速1 900 r/min时,更利于高负荷高效率清选。最后,通过田间试验验证了双风道结构和优化试验的准确性,水稻籽粒损失率0.91%,含杂率0.87%,小麦籽粒损失率0.82%,含杂率0.76%。

单切双横流脱粒分离装置参数试验与优化!

为解决全喂入式联合收获机收获秆青叶茂难脱高产水稻时脱粒分离损失大且容易出现堵塞的问题,设计了单切双横流脱粒分离装置,在单切双横流脱粒分离装置试验台上,通过对比试验分别对凹板筛栅条轴向间距、顶盖导向板个数和滚筒轴间距进行了优选,得到优选结构参数为:第Ⅰ切流、第Ⅱ横轴流和第Ⅲ横轴流凹板筛栅条轴向间距分别为10 mm、16 mm和16 mm,第Ⅱ横轴流和第Ⅲ横轴流顶盖导向板的个数都为4个,第Ⅰ切流和第Ⅱ横轴流以及第Ⅱ横轴流和第Ⅲ横轴流滚筒轴间距分别为645 mm和667.5 mm;在得到的优选结构参数下,以喂入量、脱粒间隙和滚筒转速为试验因素进行正交试验,并运用模糊综合评价法和极差分析得出试验范围内切双横流水稻脱粒分离装置的优选工作参数为:喂入量为5 kg/s,第Ⅰ切流、第Ⅱ横轴流和第Ⅲ横轴流脱粒间隙分别为40 mm、35 mm和40 mm,第Ⅰ切流、第Ⅱ横轴流和第Ⅲ横轴流滚筒转速分别为550 r/min、600 r/min和750 r/min。在此参数下,得到单切双横流脱粒分离装置的性能指标为:未脱净率0.05%,夹带损失率0.36%,脱粒总损失率0.41%,第Ⅰ切流、第Ⅱ横轴流和第Ⅲ横轴流脱粒滚筒功耗分别为3.33 k W、21.26 k W和12.58 k W,脱粒滚筒总功耗37.17 k W,脱出物杂余质量分数14.37%。

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。

纵轴流脱粒分离-清选试验台设计

设计的纵轴流式脱粒分离-清选试验台以切流与纵轴流组合式脱粒分离装置、风筛式清选装置为核心,采用可组合的模块化结构,工作部件结构和运动参数的调整简单、方便,可获得多个工况下脱粒分离、清选性能指标以及脱出物的分布规律。试验台以工控机和信号采集卡作为硬件控制系统的核心,采用VC++编写的测控软件系统可以对试验过程中工作部件的转速、频率、扭矩和功率等参数进行实时采集、显示、处理与分析,为纵轴流联合收获机脱粒分离、清选装置等关键部件的设计提供了依据。