基于离散元法的潮湿甘蔗复合肥参数标定

为能准确建立潮湿甘蔗复合肥的离散元模型,合理设置仿真参数,提高肥料颗粒动力学仿真结果的准确性,以休止角为响应值,对不同含水率的甘蔗复合肥进行试验研究。通过卸料仓法建立含水率与休止角的三元回归方程,决定系数为0.99;基于Hertz-Mindlin with JKR粘结模型,通过Plackett-Burman试验、爬坡试验和Box-Behnken试验从9个初始参数筛选出JKR表面能、甘蔗复合肥剪切模量、甘蔗复合肥与不锈钢静摩擦系数、甘蔗复合肥间静摩擦系数、甘蔗复合肥间恢复系数5项显著性参数,并建立休止角—离散元参数模型,模型P值小于0.01,变异系数为6.35%;最后,通过对不同含水率下的最佳参数组合进行仿真休止角试验,仿真结果与物理休止角试验的相对误差小于7.66%,验证不同含水率的甘蔗复合肥参数标定结果和研究方法是合理可靠的。研究结果可为基于离散元法的甘蔗施肥机械动力学仿真研究提供参考。

整杆式甘蔗收获机喂入量识别方法研究

甘蔗收获机输送系统堵塞是影响收获机工作效率的主要因素之一,而喂入量过大是导致收获机堵塞情况发生的主要原因。在甘蔗输送条件复杂情况下传统的接触式检测方法存在精度降低等问题,所以提出一种基于视觉识别检测喂入量的方法。为提高喂入量的计算精度,通过改进的SGBM算法建立三维数据模型,在优化过程中利用SIFT进行特征提取,提高算法在遮挡等复杂情况下对甘蔗的三维重建精度和鲁棒性,最后进行喂入量计算。试验结果表明,在喂入1~5根甘蔗时,改进后的算法平均体积误差分别减少3.26%、5.68%、6.32%、8.45%、7.81%,存在蔗叶遮挡时分别减少6.29%、4.24%、6.15%、12%、10.28%,该方法实现在输送样机上对甘蔗喂入量的准确识别。

整秆式甘蔗收割机收割效果研究

广西蔗区生产上普遍使用中大型切断式收割机收割甘蔗,存在含杂率和损失率高、影响宿根蔗的生长和产量等问题,导致蔗区机械收割水平低,机收推进缓慢。本研究利用中小型整秆式收割机开展甘蔗收割试验,分析其收割效果及对甘蔗品质和翌年宿根蔗生长的影响,结果发现,中小型整秆式收割机的甘蔗收割效率较高,单位时间内的收割效果相当于40个工人的砍收量,含杂率仅2.71%,损失率仅2.98%,留茬高度和破蔸率总体上优于人工砍收,未对甘蔗糖分、宿根蔗发株和生长造成不利影响,有较好的应用前景。建议进一步加大中小型整秆式收割机研发和推广应用的支持力度,加强对收割效率、机械运行稳定性、倒伏甘蔗的收割、适合机收甘蔗品种和农机农艺融合技术等研究,并开展机械收割标准化基地建设与示范,多途径促进蔗区机收水平提升,为甘蔗生产上进一步优化升级和推广应用中小型整秆式收割机提供参考依据。

四履带式甘蔗收割机越障性能仿真与试验

目前,甘蔗主产地有广西、云南等地区,甘蔗主产区以丘陵山地为主。轮式底盘甘蔗收割机通过性差而无法在狭窄、连绵起伏等复杂坡面作业,需要一种能够适应丘陵山区的甘蔗收割机。为此,设计了一款三角履带式甘蔗收割机,底盘是由前三角履带轮和后平履带轮构成的4履带行走系统,后履带偏摆转向。同时,对该机的结构参数、履带底盘在翻越垂直壁和跨越壕沟过程中的越障性能进行分析,得出4履带式甘蔗收割机履带底盘越障性能与其结构参数的内在联系;建立了该机的多体动力学模型,在RecurDyn软件中模拟了该机在不同的参数下的动力学性能,并对样机进行越障试验验证。验证试验表明:车辆能够跨越高为18 cm的固体垂直障碍,与仿真数据相比,实际测得的俯仰角、横摆角和翻滚角的幅值变化符合预期,车辆俯仰角波动幅值超过5°,甘蔗收割机的俯仰现象明显;翻滚角变化幅值达到3°,车辆通过障碍时,需要考虑其他因素导致车辆的俯仰角变化;跨越宽为50 cm、高18 cm壕沟时,安全通过壕沟;车辆的翻滚角变化明显,幅值最大相差2°,说明此时车辆左右两边履带的颠簸较为严重,但车辆总体越障稳定性较好。研究成果可为甘蔗收割机结构设计与改进、增强作业安全性提供关键技术支持,具有重要的参考价值。

基于麦弗逊悬架的甘蔗割铺机转向系统设计与试验

针对现有甘蔗割铺机存在转弯半径大、道路适应能力差、难适应丘陵地区地形等问题,采用麦弗逊悬架和前置液压助力转向相结合的方式,设计了一种具有高机动性的甘蔗割铺机转向系统。为了适应丘陵山地甘蔗收割作业条件,对传统麦弗逊悬架进行改造。在此基础上,建立了转向系统数学模型,通过遗传算法优化转向油缸在机架上的安装位置,使其满足阿克曼转向。然后,根据Bekker理论以及Hegedus的推土阻力估算理论分析了轮胎受力情况,并计算了转向力矩,为转向油缸选型提供依据。试验结果表明:甘蔗割铺机满足转向设计要求,最小转弯半径为2.84m;并且左前轮转向角与右前轮转向角的跟随误差均小于3.00°,试验最大转向跟随误差为2.77°,验证了麦弗逊悬架在甘蔗割铺机上的适用性及其设计的液压助力转向系统的实用性。

甘蔗收获机关键结构组成特征与技术改进

近年来,我国甘蔗机械化生产程度明显增加,耕作播种机械化普及率逐渐接近主要粮食作物,但机收率却仍明显偏低。针对甘蔗收获机在我国的应用现状与推广难点展开分析,说明了现阶段甘蔗收获机的技术特点与结构运行原理,介绍了关键工作部件的功能,并通过分析现阶段甘蔗收获机在生产应用中的不足之处提供技术优化改进建议,希望能更好促进甘蔗收获机产品升级迭代。

甘薯茎叶收获仿垄型割台的设计与试验研究

为解决甘薯茎叶相互交错缠绕、难以分离导致收获困难的问题,设计了一种甘薯秧蔓收获机拨禾割台,并对锯齿形圆盘刀、拨禾轮式仿垄型割刀切割甘薯茎秆的过程进行力学和运动学分析,得到其作业参数范围。利用ANSYS和SolidWorks分别建立甘薯茎秆的柔性体和拨禾轮式仿垄型割台模型,将建立好的模型在ADAMS仿真软件中进行植株与割台之间的刚-柔耦合模型分析,得到割刀切割茎秆时所产生的切割力大小。以机组前进速度、割台转速、切割角度作为田间试验因素,甘薯秧蔓回收率为验证指标进行田间试验,并利用Design-Expert 13.0软件中Box-Behnken试验设计方法,研究各试验因素交互作用对甘薯秧蔓回收率的影响,建立回归模型,得到最优工作参数组合。结果表明,当机组前进速度为0.801m/s、割台转速为50.037r/min,切割角度为123.309°时,甘薯秧蔓的回收率达到91.524%。根据最优工作参数组合为作业参数进行田间试验验证,结果表明:甘薯秧蔓回收率的平均值为92.83%,相对误差小于5%,最优参数合理。

甘蔗收获机割台随动控制系统设计与试验

针对国内现有甘蔗收获机无法对割台高度实施自动控制的问题,设计了一种割台随动控制系统。系统由自重摆动式仿形机构、STM32控制器、位移传感器、上位机模组、按键模块、电磁阀及驱动模组组成。自重摆动式仿形机构与地面直接接触并保持贴附,实时检测收获作业时的地面起伏变化,同时可以依靠仿形机构外廓曲面减小收获机倒退时地面对自身关键部件的冲击。建立割台高度控制参数模型,运用PID控制算法,有效地实现收获机割台高度的精确控制,进一步提升了甘蔗收获机自动化水平和工作性能。田间试验结果表明,收获机在安装割台随动控制系统后,割台随地形起伏变化而变化,使破头率降低,平均破头率为21%,通过与人工控制收获试验对比,平均破头率下降18.5个百分点。

浅谈甘蔗联合收获机的保养问题

对甘蔗联合收获机进行定期保养,保持机械良好技术状态,可以延长机械的使用寿命。一.对甘蔗联合收获机各部件清洁的主要内容(一)对机子内外附着的尘土、茎秆与其他附着物进行清扫,尤其注意对割台搅拢等处残留物进行清理。(二)对发动机、冷却水箱、散热器、空气滤清器罩等处的草屑、秸秆等污物进行清理。(三)对柴油滤清器滤芯、空气滤清器滤芯、机油滤清器滤芯按规定定期清洗。

整秆式高效智能甘蔗收割机的设计与研发

开展整秆式高效智能甘蔗收割机设计与研发,为解决整秆式甘蔗收割机收获效率低、整机智能化水平不高问题提供参考依据。在现有整秆式甘蔗收割机功能的基础上,设置扶蔗、剥叶、升降切割和收割暂存等自动化控制关键模块,实现一体化自动扶蔗、导入、夹固、切根(刀盘自动升降)、断尾、传送、剥叶(自动调整)、甘蔗收集和暂存等功能,可一次性完成甘蔗的扶起、切梢、切根、提升、剥叶、集斗和田间转运工作。其中,甘蔗切根过程中依据自行设计研发的割台自动仿地形系统,可控制割台根据地形变化自动保持在入土20 mm左右切割,最大程度降低甘蔗的破头率和损失率;甘蔗剥叶结构可进行高效脱叶和粉碎分离,并有效降低其含杂率。本研究设计研发的整秆式高效智能甘蔗收割机智能化水平较高,适用于不同田间地形的甘蔗收割作业,可有效提高收割效率。

广西地区甘蔗机械化收割现状及分析

人工成本是甘蔗产业的主要成本来源之一,而收获环节的人工成本又占了总人工成本的绝大部分。机械化作业可以大大提高甘蔗收获的效率,大幅降低人工成本,因此机械化收获率的高低往往决定了产业成本的高低。广西甘蔗种植面积占全国甘蔗种植总面积的60%以上,全国排名第一,遥遥领先于其余各省。可以说,广西甘蔗机械化收割水平在一定程度上代表了我国的甘蔗机械化收割的总体水平。然而2020/2021榨季,广西地区甘蔗机械化收获率却远低于其他主要的甘蔗种植国家,这使得我国蔗糖产业的竞争力远低于其他主要的蔗糖生产国家。文章从耕地资源、规模特征、气候条件、机械化收获技术、收获设备、产业链内部矛盾等多个角度对广西甘蔗机械化收获率低的原因进行了一定的分析,并针对性地提出了一些解决的方案与措施,以期为提高广西地区甘蔗机械化收割率、降低成本、增强蔗糖产业的国际竞争力提供参考。

甘蔗分步式机收除杂模式的可行性与经济效益探究

甘蔗整杆分步式机收除杂处理模式的系统性和先进性强,讨论其可行性和经济效益对更加有效的应用具有重要作用。通过分析可知,甘蔗整杆分步式机收除杂处理模式具有显著的应用可行性,具有适用范围广、经营模式灵活多样、延长宿根年限、提高甘蔗叶资源化利用质量的优势。在分析此种收割方式的经济效益时,分别从设备与人员配置、运行模式与成本收益入手进行系统性分析,为充分发挥此种收割模式的作用最大化,获取经济效益提供保障。

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题,基于仿生蜂窝状有序多模孔结构,该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理,对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取,并获取模孔网格坐标,构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型,以物料摄取量、挤压力为设计目标,对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用,实现对成型区域内物料的挤压成型,从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2~4 mm的玉米秸秆为物料,物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min,结果表明:在相同转速下,优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%,生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm^(3),抗跌碎性指数为99.4%,样机能耗为40.46 kW·h/t,该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。

滑剪组合式甘蔗根切装置的设计与试验

针对甘蔗切割过程中存在的宿根破头率高的问题,该研究通过分析甘蔗茎秆与刀具之间的相互作用关系,设计了一种基于“滑切+剪切”相组合的甘蔗根切装置,旨在提高根切作业质量。首先,通过分析传统圆盘式根切器的无支撑切割与滑剪组合式根切器的有支撑切割的作用原理,表明有支撑切割可以有效降低茎秆的弯曲阻力和惯性力,因此一定程度上阻止了茎秆产生较大的变形,有效保证了茎秆的切割质量,而滑切可有效降低切割阻力。并通过建立茎秆的根切受力模型,对根切器关键零部件的参数进行确定,采用等滑切角式刀片曲线进行滑切作业,滑切角和刀片刃口角分别为40°和45°。基于ANSYS/Workbench对根切器进行了静力学分析及模态分析,得到刀具的屈服强度为450~650 MPa,大于刀具所受最大应力102 MPa,最大变形量为4.94×10^(-5)m,满足使用性能要求。切割电机和喂入电机对应的激振频率分别为0~6.667 Hz和0~11.667 Hz,模态分析结果表明两电机的激振频率远小于根切器的一阶固有频率(60.89 Hz),因此不会引起共振现象,能够保障室内试验的顺利进行。搭建了可调刀盘转速、喂入速度及切割倾角的根切试验台,台架单因素试验结果表明当切割倾角、刀盘转速和喂入速度分别在10°~15°、140~220 r/min、1.1~1.7 m/s时,综合评价值较小,切割质量较优。正交试验方差分析结果表明各因素对综合评价值y均有显著影响;正交试验极差分析表明当切割倾角为15°,刀盘转速180r/min,喂入速度为1.4m/s时为最佳试验水平。经试验验证,此时综合评价值为0.256和0.298,切割质量较优。参考DG/T 117-2021甘蔗收获机械试验方法对甘蔗破头率进行检验,剪切合格率高达90.4%,破头率降低至10%以下,滑剪组合式甘蔗根切器作业质量满足行业要求。该研究可为新型甘蔗根切器的设计与研制提供理论参考。

甘蔗联合收获机运行工况数传终端的设计与试验

针对现有甘蔗联合收获机信息化水平低、相关参数监测系统缺乏等问题,设计了甘蔗联合收获机运行工况数传终端。通过对甘蔗联合收获机发动机参数、关键工作部件的扭矩与转速信息进行实时监测、自动记录并保存,从而实现作业质量的监测,且数传终端可将数据传至云平台,实现大量数据的存储和处理。试验台试验表明:数传终端能够建立一种连续、稳定、可靠的甘蔗联合收获机多信息采集方法,可有效地对收获机运行工况信息进行管理。

甘蔗叶圆捆打捆机捡拾粉碎机构设计与试验

针对甘蔗叶打捆作业时存在粉碎不匀、缠绕、阻塞等问题,结合甘蔗叶的物理特性,设计采用螺旋线排列结构参数可调的中垂刀+倾斜45°对称斜切刀式的中对称垂斜切式捡拾粉碎机构。利用Solidworks对其机构进行三维建模,并对该机构中的刀辊转速、离地高度、粉碎刀旋转方向及受力进行分析,通过运用有限元软件对粉碎刀进行模态应力分析,确定捡拾粉碎机构,进行样机制作。通过田间试验表明中对称垂斜切式粉碎机构,在不影响宿根生长的基础上,可实现甘蔗叶粉碎长度在≤15 cm的范围内,甘蔗叶捡拾率达到86.22%,粉碎合格率达到85.43%,工作效率达到0.16 hm^(2)/h,为甘蔗叶打捆机的优化设计提供参考。

切段机收原料蔗含杂率快速检测装置设计与试验

切段机收原料蔗内蔗叶、蔗蔸、蔗梢、泥沙等杂质含量过高会导致制糖设备磨损增加和高品质糖产出率下降。快速准确检测原料蔗含杂率,按实际含杂率扣除杂质量,有利于平衡糖厂和蔗农双方利益。我国糖厂目前采用人工分离原料蔗样本内所含杂质的方法计算含杂率,该方法耗费人工多、耗时长,难以实现一车一检。针对这一问题,该研究设计并试制了一种切段机收原料蔗含杂率快速检测装置。该装置由称重台、双层振动筛、轴流风机、电机等部分组成。每次检测的样本量为100 kg左右。上层振动筛分离蔗蔸,下层振动筛分离泥土。物料由上层筛降落到下层筛的过程中,轴流风机吹风去除蔗叶和细碎泥土。以除杂率为试验指标,选取风机转速(A)、振动频率(B)、喂入量(C)为试验因素,每个因素选取3个水平(A:1250、1350、1450 r/min;B:14、15、16 Hz;C:70、90、110 kg),进行了三因素三水平正交试验。结果表明:各因素对除杂率的影响由主到次顺序依次为:风机转速、喂入量和振动频率,最优组合为A3C3B1即风机转速1450 r/min、喂入量110 kg、振动频率14 Hz,该组合下平均除杂率为96.1%。该研究的技术与装备可以满足糖厂快速测杂的要求。

圆盘切割式剑麻采摘装置设计与仿真

针对剑麻人工收割劳动强度大、效率低、成本高等问题,结合剑麻叶片物理特性和收割工艺特点,设计一种圆盘切割式剑麻采摘装置。首先,简述整机结构与工作原理;然后,对装置关键部件的结构进行设计,通过对刀具在切割过程中的受力与运动分析,确定刀具的回转半径和转速等结构与运行参数;最后,运用ANSYS对圆盘刀具进行静力学和模态分析,进而仿真优化刀盘结构,以刀具回转半径和安装角度为试验因素,刀具底部的最大应力和刀具顶部的最大形变量为评价指标进行两因素三水平正交仿真试验。仿真试验结果表明:当刀具安装角度为28°,最大回转半径为105 mm时,刀具的最大变形量为0.09 mm,最大应力为9.38 MPa,远小于刀具材料的最小屈服强度345 MPa;安全系数最小值为15,远大于1,最小循环次数为1010,进入了无限寿命区;根据刀具前6阶模态分析知,刀具的工作转速800 r/min,远小于极限转速。以上研究表明,刀具的刚度、强度和安全系数、疲劳寿命均满足要求,且不会发生共振现象。研究为剑麻收割机的设计及刀具避开共振点频率,减小因振动产生的变形,提供理论和技术参考。

甘蔗收割机作业数据采集系统设计与实现

针对甘蔗收割机工况数据监测的需求,设计的一种作业数据采集系统,通过车载诊断系统实现对车辆发动机参数数据进行读取,同时利用组态基于Modbus总线对采集设备内部寄存器的读取,实现对甘蔗收割机作业数据的实时获取。运行数据表明,该系统可快速稳定地采集甘蔗收割机主要工作部件工况数据和发动机参数等。

丘陵山地模块化甘蔗割铺机设计与试验

针对现有甘蔗割铺机只能单向收获作业、固定切割高度、无扶蔗机构、车架结构不合理、智能化程度低等问题,设计了一种丘陵山地模块化甘蔗割铺机。整机通过合理布局和侧挂式输送形式,并由可调铺放角度的铺放装置将甘蔗铺放至割铺机后方左右两侧,实现了双向式收获作业并改善输送通道易堵塞的问题。结合甘蔗在扶蔗运动过程中的受力分析,提出了不等螺距螺旋滚筒设计,通过空间坐标变化得到螺旋线方程以及螺旋滚筒直径与安装角度;通过甘蔗输送运动分析确定了输送铺放机构作业速度、甘蔗铺放角;通过甘蔗切割机理分析得到了砍蔗机构切割形式、切割刀盘直径与转速等关键参数。整机作业幅宽设计为1100 mm,工作速度为1.8 km/h,生产效率为0.176 hm^(2)/h。样机田间试验结果表明,当前进速度452.28 mm/s、砍蔗机构转速562.12 r/min、刀盘倾角12.27°时,甘蔗割铺机破头率最低,为8.398%,工作总损失率为1.71%,整机试验过程中工作状态良好,达到整机的设计要求。