棉秸秆力学特性和拉拔阻力研究

棉秆力学特性是研究棉秆收获机械的理论基础。为此,通过采集不同时期的棉秆,测定力学性能和物理性能;通过典型相关性分析,研究棉秆的物理性能与力学特性的关系;采用线性回归模型分析棉秆起拔力、土壤紧实度、棉秆直径及棉秆含水率的关系,对模型进行优化并建立棉秆的起拔力模型。试验结果表明:抗拉强度在含水率最高为61%时达到最大值37.65MPa,当含水率在在15%~50%之间,棉秆的抗拉强度变化不大,平均抗拉强度集中在21.5~25.8MPa之间;对于抗弯强度,在含水率在为15%时达到最高值33MPa,当含水率在25%~55%之间,棉秆的抗弯强度变化不大,平均抗弯强度集中在23.5~27MPa之间;对于棉秆起拔力,在土壤紧实度为最低的3.3kg/cm时达到最小值340.7N,棉秆的起拔力随着土壤紧实度的降低而减小。通过典型相关性分析可知:棉秆的弯曲破坏载荷及拉伸破坏载荷与棉秆的直径和棉秆的含水率都有着显著的相关性,且棉秆直径对弯曲和拉伸破坏载荷的影响远大于含水率对棉秆拉伸和弯曲破坏载荷的影响;含水率与棉秆的抗拉强度呈正相关,与抗弯强度呈负相关。对棉秆的起拔力与棉秆含水率、棉秆直径及土壤紧实度进行多元回归分析,得到棉秆起拔力与棉秆直径以及土壤紧实度的模型为y=-111.73707+45.39254x1+23.89125x2,其拟合优度为0.81,可用于对棉秆起拔力的预测和拔棉秆机的设计研究。该研究对于推进棉秆机械化回收发展具有重要的指导意义。

基于专利分析的我国棉杆收获技术的态势研究

以我国棉花拔杆领域专利为研究对象,分析专利中的数据以及主题。通过宏观和微观两方面对技术的时间分布和空间分布,对研究热点和研究主题进行分析,辅之以生命周期理论,从而揭示棉花拔杆技术的研究现状。通过宏观分析得出:棉杆收获发展势头良好;山东地区在棉杆收获领域专利申请量最多,新疆地区专利申请量涨幅最快。微观分析引入:IPC分类号、原理侧重度、工作形式侧重度以及功能侧重度四个指标辅助分析,首先通过对IPC分类号的统计得出目前棉杆收获设备的研究热点包括:拔杆机构的棉杆整株拔取,适应南方地形的小型拔杆机,低功耗高效切碎装置,拔杆机构与各部件协调工作研究,联合作业机械集成研究。然后对原理侧重度进行分析,结果表明:提拔式棉杆收获因为不留根茬,且利于地膜的回收是各个地区当前研究棉杆收获的主要原理。其次对工作形式侧重度以及功能侧重度进行分析,结果表明:西北地区在棉杆收获方面侧重于打捆技术、除膜技术和粉碎技术的研究,机械化程度最高;长江流域研究较为均衡,且手动工具研究较多;黄河流域在棉杆收获方面侧重于收获功能的研究。最后对成熟度分析可以得出目前我国的棉花拔杆技术还处在成长阶段,在未来的时间内我国棉花拔杆技术将快速发展。

齿盘式棉秆收获机的设计

为提高棉花秸秆机械化回收水平,研究不同参数对棉秆机械化回收的影响,解决棉秆收获机漏拔、拔断率高等突出问题,该文研究设计了一种齿盘式棉秆收获机。齿盘式棉秆收获机由悬挂装置、限深轮、拔秆装置、排秆装置、液压系统组成。该机关键部件为齿盘式拔秆装置,作业时通过齿盘将棉秆起出,随后通过排秆装置将棉秆排至地表。棉秆的漏拔率、拔断率是评价齿盘式棉秆收获机作业性能的主要指标,通过Box-Behnken的中心组合试验方法对齿盘式棉秆收获机的工作参数进行研究,设计了三因素三水平二次回归正交试验,以齿盘的直径、齿盘速比、起拔高度为影响因素,建立响应面三维模型。分析得出各因素对作业质量的影响,同时对影响因素进行综合优化。结果表明:起拔高度、齿盘速比对棉秆拔断率影响显著(P<0.01),起拔高度、齿盘直径及齿盘速比对棉秆漏拔率影响显著(P<0.01),优化后的最优工作参数组合为起拔高度66.2 mm、齿盘直径627.59 mm、齿盘速比0.57。大田试验结果表明,在工作参数为起拔高度70 mm、齿盘直径630 mm、齿盘速比0.57作业条件下,棉秆拔断率达到1.5%,棉秆漏拔率3.0%,与理论推导值对比误差均小于4%。研究结果可为齿盘式棉秆收获机的结构完善设计和作业参数优化提供参考。