离心侧抛式藕田撒肥器设计与试验

针对藕田机械化施肥实际需求,该研究设计了一种离心侧抛式撒肥器。通过建立单个肥料颗粒在叶片上受力的理论模型,确定影响颗粒运动特性的主要参数为撒肥盘转速、叶片倾角和叶片偏角。以肥料喂入速率以及上述因素为影响因素,利用EDEM软件进行单因素仿真试验,结果显示以撒肥器中心为原点,沿抛撒方向,肥料在单个统计区域的分布量变化趋势为先升高后降低。定义肥料分布最多的单个统计区域与撒肥器间的距离为峰值距离,以肥料分布均匀性变异系数和峰值距离为评价指标进行正交旋转仿真试验,根据试验结果利用Design-Expert软件对撒肥器结构进行优化,求取峰值距离为10、21m且均匀性变异系数最小的两种叶片各自对应的叶片倾角和叶片偏角分别为8.5°、17.5°和11.5°、–1.9°。以上述结构撒肥器开展仿真与实际撒肥试验。仿真结果显示:撒肥盘转速1 250 r/min、喂入速率0.316 kg/s时,肥料分布均匀性变异系数、峰值距离、作业幅宽分别为19.43%、21 m和29 m,实际试验结果分别为21.95%、18.6 m和24.5m。以藕田追肥中常用肥料尿素、复合肥、磷肥为对象开展撒肥性能试验,结果显示,撒肥盘转速、喂入速率、肥料种类、肥料种类与转速的交互项、肥料种类与喂入速率的交互项对肥料分布均匀性变异系数影响极显著(P<0.01),转速、喂入速率、种类对作业幅宽影响极显著(P<0.01)。该研究结果可为藕田撒肥机械设计提供重要参考。

不同成熟度莲籽力学特性试验

以产自湖北洪湖的太空莲36号莲籽为研究对象,测定不同成熟度莲籽外形尺寸和含水率,并进行力学特性试验。结果显示:乳熟期、蜡熟期、完熟期莲籽纵横径比平均值分别为1.35、1.28、1.19,含水率分别为79.84%、70.28%、57.72%,莲籽长轴弹性模量分别为1.09、1.22、1.85 MPa,短轴弹性模量分别为1.33、1.42、2.16 MPa;3种不同成熟度莲籽极限破坏载荷分别为81.995、117.107、167.640 N。研究结果表明,莲籽同一成熟度和剪切深度条件下,剪切力不随剪切速率改变;莲籽同一成熟度和剪切速率条件下,剪切力与剪切深度呈显著线性相关;莲籽在X、Y、Z轴方向上的压缩破壳力随着成熟度的增加而增加;相同成熟度下,莲籽三轴方向上的压缩力在数值上X轴<Y轴<Z轴;莲壳弹性模量随着成熟度增加而增加;相同成熟度下,莲籽垂直方向弹性模量小于水平方向弹性模量。

不同成熟度荷叶力学特性试验研究

为减少撒肥机藕田作业时肥料颗粒在被高速抛出以及下落过程中对荷叶造成的冲击损伤,对不同成熟度荷叶的力学特性进行了研究。以"鄂莲一号"荷叶为对象,利用质构仪以成熟度、部位和方向为因素进行了拉伸、穿刺全因素试验,利用ANSYS软件对荷叶拉伸与肥料冲击过程进行了仿真。结果表明:荷叶弹性模量为2.53~7.45MPa,最大拉力为2.65~5.02 N,取样部位对弹性模量影响极显著,成熟度对弹性模量影响显著,拉伸方向对弹性模量影响不显著;荷叶表面能够承受的最大穿刺力为0.86~1.3N,取样部位对抵抗穿刺能力影响显著,成熟度对抵抗穿刺能力影响不显著;拉伸仿真试验中荷叶断裂前的拉伸曲线与实际拉伸曲线最大、最小误差为14%和3%,根据冲击仿真试验结果推测的荷叶破坏形式与实际撒肥试验中荷叶破损情况较一致。研究结果可为荷叶加工利用以及藕田撒肥机的设计提供参考。

鲜食莲籽剥壳机多通道集成式剥壳机构设计与试验

针对鲜食莲籽剥壳加工困难、损失率高的问题,设计了一种多通道集成式剥壳机构。该机构由多通道仿形凹槽轮、外刃齿板、内外刀盘等结构组成,可实现莲籽单粒排出、姿态调整与环切。仿形凹槽可保护莲籽避免因刀具切割、输送挤压而带来的破损。对剥壳机构工作过程进行理论分析和参数计算,确定了影响剥壳性能的主要结构和工作参数。采用EDEM离散元软件仿真分析了齿形结构、刃齿间距、齿间距、剥壳轮转速对莲籽排出、姿态调整的影响;采用ADAMS虚拟样机软件对莲籽在剥壳机构内的运动轨迹进行了仿真。根据理论计算与仿真结果完成了样机试制,并在样机上开展试验验证。以产自湖北省洪湖市的含水率大于64.2%的太空莲36号鲜莲籽为试验对象,以齿形、刃齿距、齿间距为影响因素,以剥壳率为评价指标,开展了三因素拟水平正交试验,结果表明对剥壳率的影响由大到小依次为齿形、齿间距、刃齿距,最优因素水平组合为向心齿、齿间距5 mm、刃齿距82 mm,在此条件下,剥壳率为97%。设计的剥壳机构能够满足乳熟期、蜡熟期莲籽剥壳的实际生产需要。