压力磨盘式薏苡脱壳装置的设计与试验

为提高薏苡脱壳质量,运用柔性剪切揉搓脱壳原理,设计了一种压力磨盘式薏苡脱壳装置。装置主要由进料搅龙、动磨盘、压力磨盘和压力调节装置等部件组成。工作时,薏苡随进料搅龙进入脱壳空间,依靠两磨盘之间的压力和摩擦力对薏苡进行揉搓脱壳,当压力磨盘受力大于薏仁破碎力时被顶起,以增大脱壳间隙,保护薏仁。对薏苡在导流区、破壳区和分离区的受力进行分析,确定影响薏苡脱壳质量的主要因素为薏苡含水率、脱壳转速、脱壳间隙和预紧力。以脱净率、破损率为试验指标,通过单因素试验确定薏苡脱壳装置的最佳参数范围;基于单因素试验结果,选取含水率为7%的薏苡,以脱壳装置的转速、脱壳间隙和预紧力为试验因素,脱净率和破损率为响应指标,进行三因素二次回归正交旋转组合试验,结果影响薏苡脱净率的主次因素依次为预紧力、脱壳间隙、脱壳转速,影响薏苡破损率的主次因素依次为脱壳间隙、预紧力、脱壳转速;基于响应曲面法对回归模型进行多目标优化,优选出脱壳装置的最佳作业参数组合为脱壳转速513.625r/min、脱壳间隙2.061mm、预紧力119.628 N,薏苡脱净率为91.731%、破损率为9.612%。将优化参数圆整,对薏苡进行连续脱壳作业,测得薏苡脱净率为91.12%,破损率为8.93%,可满足实际生产要求。

薏苡压缩力学特性试验及响应面优化

为研究薏苡力学特性,提高机械脱壳方式下的薏苡脱壳质量。以破壳力和破仁力为试验指标进行了薏苡的压缩力学特性试验。采用单因素试验分析施压方向、施压速度和干基含水率对薏苡破壳力和破仁力的影响,通过Box-Behnken中心组合试验设计建立了破壳力、破仁力与试验因素的数学回归模型,并利用响应面法以薏苡可承受的破壳力最小、破仁力最大为优化目标得到薏苡脱壳的最佳组合参数为:施压方向为正向施压,施压速度7.598mm·min^(-1),干基含水率7.048%,此时的薏苡可承受的破壳力为22.067 N,破仁力为86.016 N。经平行试验验证得到的破壳力为21.1 N,破仁力为82.6 N。验证结果与优化结果误差均小于5.0%,优化结果具有较高的可信度。研究结论可为薏苡脱壳加工装备的研究与优化提供理论依据与技术参考。

大豆玉米兼用清选装置的设计与试验

为解决大豆玉米间套作中收获机清选装置小,清选通用性差、清选时间不足导致的作业效果差等问题,该研究以4LZ-3.0Z小型自走式谷物联合收获机清选装置为基础,改进了一种大豆玉米兼用清选装置的试验台,首先使用EDEM建立玉米清选主要脱出物离散元模型,应用EDEM-Fluent耦合仿真对比原筛箱A(直上筛和下筛)、改进筛箱B(上筛分段、下筛凹面)、改进筛箱C(下筛凹面更大)的清选过程,验证设计合理性。然后选取振动频率、上筛倾角、下筛倾角为试验因素,以含杂率和损失率为试验指标,对大豆和玉米分别进行单因素试验和响应面试验,研究所选试验因素对试验指标影响,并分别获得两种作物最佳工作参数组合。仿真试验结果表明:筛箱B中籽粒透筛区域和物料移动趋势相对于A、C更加利于清选。台架试验结果表明:所选试验因素对试验结果均有显著影响(P<0.05),对于两种作物,当振动频率增大,损失率和含杂率均先降低后上升;当上筛和下筛倾角增大,含杂率先下降后上升,损失率持续下降。大豆响应面试验结果表明:当振动频率为5.9Hz、上筛倾角为10.5°、下筛倾角为6.5°,最优清选效果含杂率均值为0.622%,损失率均值为0.439%;玉米响应面试验结果表明:当振动频率为4.7 Hz、上筛倾角为10.3°、下筛倾角为8.6°,最优清选效果含杂率均值为0.956%,损失率均值为0.771%,对比原机的清选装置,改进后大豆清选时含杂率降低38.8%,损失率降低45.9%;玉米清选时含杂率降低29.9%,损失率降低30.1%。研究可为大豆玉米通用联合收获机设计提供理论基础。

基于EDEM薏苡振动筛清选装置优化设计与试验

为解决薏苡脱壳机籽粒含杂率和损失率偏高问题,设计一种振动筛清选装置,通过理论分析确定筛面尺寸、筛孔孔径范围和筛面倾角,采用离散元(DEM)模拟对基本参数进行优化。基于理论分析,以含杂率和损失率为指标,采用EDEM软件分别对筛面孔型、筛孔孔径、振动幅度、振动频率作单因素模拟试验。结合模拟试验结果,开展三因素二次回归正交旋转组合试验;基于响应曲面法对回归模型进行多目标优化,结果表明最优参数组合为:筛孔孔径5.463 mm、振动幅度7.626 mm、振动频率7.637 Hz,此时含杂率为1.054%,损失率为3.783%。将最优参数圆整后通过样机验证试验,测得薏苡含杂率为1.297%、损失率为3.562%,与优化参数一致,符合生产要求。

窄幅低损伤摘穗割台设计与试验

针对西南地区玉米-大豆带状复合种植模式缺乏配套玉米收获机具,且常规玉米联合收获机作业时存在果穗损伤大、效率低等问题,利用计算机辅助设计与有限元方法设计两行窄幅低损伤摘穗割台。割台利用弹性缓冲原理实现柔性低损伤摘穗,可一次完成摘穗、秸秆粉碎还田等联合作业。文章结合玉米-大豆带状复合种植模式农艺特点和力学原理确定割台结构参数;对割台关键部件开展结构设计和理论分析;割台机架模态分析结果表明割台机架不会与发动机产生共振。通过二次回归正交试验探究拉茎刀辊转速、喂入速度、果穗距摘穗板高度对落粒损失率和籽粒破损率影响,利用Design-Expert软件作二次回归响应分析,得到割台较优参数组合。试验表明,拉茎刀辊转速800 r·min^(-1),喂入速度0.700 m·s^(-1),果穗距摘穗板高度370 mm时,落粒损失率0.05%,籽粒破损率0.01%,满足玉米-大豆带状复合种植模式下玉米机械化收获要求。

低喂入量玉米柔性脱粒装置的设计与试验

为解决含水率在30%以上的玉米在籽粒直收时破碎率和未脱净率高的问题,设计一种低喂入量玉米柔性脱粒装置试验台,选取导流角、滚筒转速和脱粒间隙为试验因素,以破碎率和未脱净率为试验指标,对玉米进行了单因素试验和响应面试验并使用Design-Expert软件分析获得脱粒最佳参数。单因素试验结果表明:所选试验因素对试验结果有显著影响,对于柔性滚筒,当导流角增大,玉米籽粒破碎率先减小后增大,未脱净率随导流角增大而减小;滚筒转速增大玉米籽粒破碎率先减小后增大,未脱净率随转速增大而减小;脱粒间隙增大,玉米籽粒破碎率和未脱净率均为先减小后增大。响应面试验结果表明,当导流角为68°、滚筒转速223 r·min^(-1)、脱粒间隙为33 mm时,最优脱粒效果为破碎率2.49%,未脱净率为0.171%。