机收棉田残膜混合物粉碎揉丝装置设计与试验

针对机收残膜混合物资源化利用困难、现有粉碎与揉丝装置处理的残膜混合物不满足白星花金龟幼虫适口性等问题,设计了一种残膜混合物粉碎揉丝装置,利用粉碎揉丝技术对残膜混合物进行加工处理以满足白星花金龟幼虫的适口性。该装置主要由粉碎装置、输送装置和揉丝装置等组成,通过对残膜混合物粉碎、揉丝装置作业过程进行运动学与动力学分析确定了各零部件的结构参数与工作参数。为了验证残膜混合物粉碎揉丝装置的作业性能,以粉碎辊转速、揉丝辊转速与揉丝辊间隙作为试验因素,残膜破碎合格率、棉秆粉碎长度合格率、棉秆揉丝率为试验指标进行三因素三水平二次回归响应面试验,建立了回归模型,分析了各因素对残膜混合物粉碎揉丝装置作业性能的影响,并进行了参数优化与试验验证。试验结果表明:影响残膜破碎合格率和棉秆粉碎长度合格率的因素大小顺序为粉碎辊转速、揉丝辊间隙、揉丝辊转速;影响棉秆揉丝率的因素大小顺序为揉丝辊间隙、揉丝辊转速、粉碎辊转速。优化后最优工作参数组合为:粉碎辊转速13.0 r/min、揉丝辊转速60.0 r/min、揉丝间隙1.6 mm。以此参数组合进行试验,得到残膜破碎合格率、棉秆粉碎长度合格率和棉秆揉丝率平均值分别为90.4%、92.6%、92.2%,与理论优化值相对误差不超过2.0%,研究结果可为残膜混合物粉碎揉丝装置的设计提供参考。

9FH-40型玉米秸秆揉丝机设计与试验

为满足个体农户对小型玉米秸秆揉丝机的使用需求,设计了9FH-40型玉米秸秆揉丝机,主要由动力系统、机架、喂料系统、粉碎揉丝系统、排料系统等构成,秸秆从不同喂料口进入,在锤片、齿板、筛网等相互作用下可分别完成揉丝和粉碎作业。整机动力选配7.5kW三相异步电机,主轴额定转速3200r/min,揉丝腔中锤片空间分布方式采用交错排列,共包含16个锤片。对锤片转子、排料装置及筛网等关键零部件进行了结构设计及参数计算,并对整机工作性能进行了试验评价。结果表明:设备生产率为620kg/h,玉米秸秆丝化率为92%,满足设计要求。

原粮包装机夹袋机构设计与仿真

为了进一步提高实际生产中半自动原粮包装机夹袋机构的传动性能,考查夹袋机构的前、后咀夹板运动的同步性,优化设计了一种电驱动夹袋机构,并分析了包装夹袋过程的夹袋力与驱动力。利用多目标优化设计的主要目标法和分层序列法,基于MatLab优化设计功能,优化设计了夹袋传动机构的拉杆四杆机构与推杆四杆机构;基于CATIA建立夹袋机构三维模型,利用ADAMS进行了仿真分析。夹袋运动仿真分析表明:夹袋机构的前、后咀夹板角位移分别为16.25°和15.99°,仿真结果与理论值16°吻合;拉杆四杆机构与推杆四杆机构的传动角仿真结果分别为42.93°~56.32°和44.50°~65.18°,与传动角的优化结果42.97°~56.35°和44.35°~64.97°基本一致,均满足大于最小传动角40°的设计要求。仿真结果验证了夹袋机构设计的合理性及其前、后咀夹板运动的同步性。

小型基质自动包装机的设计与试验

为提高基质包装自动化程度、降低劳动强度和生产成本,试制了一种小型基质自动包装机。机器可通过PLC可编程控制器控制多台步进电机进行工作,集基质搅拌、定量装填、成型制袋、热封切断等功能为一体,可实现基质包装全程自动化。同时,重点阐述和分析了包装机的关键工作部件设计和工作原理,完成样机试制并进行了包装试验。试验结果表明:整机结构设计合理,运行平稳,包装效果良好,包装速度为42袋/h,包装成功率为98.6%,包装优质率为93.2%,作业质量达到预期设计目标。机器的设计为基质全自动化包装提供了技术参考。

三边封基质自动包装机的设计与试验

无土栽培模式在我国的应用逐渐广泛,但基质栽培袋的机械化生产发展缓慢,造价昂贵的流水线式生产模式并不适合我国个体用户及中小企业的生产情况。为此,针对市场上缺乏小型、实用、低成本、自动化的基质袋生产设备的现状,设计了三边封基质自动包装机。机具在基质包装领域创新使用先装填再制袋的方法,采用PLC为核心的控制系统,由搅拌装置、定料装置、压缩装置、热封装置、换膜装置、机架、传动系统和控制系统组成。在此,介绍了整机的工作原理及各个装置的设计情况,并对整机的生产功能进行了试验验证。结果表明:三边封基质自动包装机能够自动化完成基质袋的生产,生产速率为36袋/h,包装质量满足设计要求,为无土栽培产业的机械化发展提供了技术支持。

苎麻剥制机械研究现状与发展趋势

苎麻是中国特色纤维作物,对其茎秆进行剥制是获取苎麻纤维材料的必要环节,开展苎麻剥制机械研究对该产业发展具有重要意义。文章在综述苎麻茎秆力学性能研究现状的基础上,分析了国外早期剥麻机存在的剥麻质量与效率不高的问题,介绍了我国现有剥麻机械的技术优势与问题,总结了麻类作物剥麻机械仿真模拟及智能机具的研发现状。研究认为,苎麻剥制机具研究还处于发展阶段,自动化、智能化、数据化是其未来研究发展方向。

双刀式单滚筒剥麻机设计与试验

小型反拉式苎麻剥麻机因反拉力大而存在滚筒伤手的安全隐患,研究设计了一款双刀式单滚筒剥麻机。采用单剥麻滚筒与双刀支撑件间隙可调的配合方式完成对苎麻茎秆的碾压破碎,利用双刀支撑件的内置弹簧实现剥麻间隙的自适应调节。通过对关键部件的结构设计,确定影响剥麻质量的关键结构参数,试制样机并开展样机试验研究。以滚筒转速、刀片安装角和弹簧压力作为影响因素,建立苎麻剥麻的鲜茎出麻率和纤维含杂率的数学模型,结合Box-Behnken试验方案进行多目标优化试验,寻求装置作业参数对苎麻剥麻的影响规律及最优参数组合。结果表明:各因素对鲜茎出麻率影响程度的高低顺序均为滚筒转速、弹簧压力、刀片安装角,各因素对纤维含杂率影响程度的高低顺序均为滚筒转速、刀片安装角、弹簧压力;剥麻机最佳工作参数组合为滚筒转速1020 r/min、刀片安装角13°、弹簧压力25 N。基于优化参数进行苎麻剥麻的生产验证实验,结果为样机生产率12.25 kg/h、背景噪音64 dB、鲜茎出麻率4.98%、纤维含杂率0.93%,各指标与模型预测值的相对误差均小于5%。

玉米生物质育苗成型机加热冷却装置的设计

为使物料中的木质素成分在生物质育苗盘制备过程中发挥粘结作用,以现有玉米生物质育苗盘冷压模具结构为基础,通过传热学及模具加热冷却领域的相关理论公式设计了加热冷却装置,基于有限元方法建立了育苗盘加热空间分布模型。试验结果表明:经加热冷却后压制的育苗盘成型率为80%,破坏荷载均值为150.569 N,干燥后膨胀率均值为15.8%;加热压制后表面较常温压制表面更光滑,表面滴水角为61.325°;加热冷却装置使物料中的木质素在压制后发挥了粘结作用,增加了育苗盘的强度和疏水能力。

水稻秸秆圆捆解捆机的设计与试验

针对水稻秸秆圆捆利用不佳问题,设计了一种新型水稻秸秆圆捆解捆机,通过对解捆机关键部件参数和排列方式进行设计与仿真分析,为解捆装置的改进提供理论依据。静力学分析结果表明:解捆滚筒最大变形量为0.0065mm,最大应力为4.7924MPa,远小于理论数值,解捆滚筒刚度和强度都满足要求。由解捆滚筒的前6阶模态振型图可知:解捆滚筒激励频率远小于其引起振动的最小激励频率202.55Hz,不产生共振。试验表明:秸秆输出层厚度为10.88cm,秸秆输出层宽度为130.64cm,厚度标准差为2.9cm,宽度标准差5.9cm,各项指标均达到解捆要求,满足实际作业需求。

机采棉清理加工设备存在的问题与建议

棉花是新疆主要的农产品,其中长绒棉凭借其优良的品质成为棉花中的精品,被广泛用作高端纺织品的主要原料。由于长绒棉对生产环境要求高,种植面积小,且机械化采摘程度相较于细绒棉而言较低,因此针对机采长绒棉的清理加工装置的研究较少,缺少专用的清理设备。为了研制针对长绒棉的加工设备,提高机采长绒棉的加工质量,本文介绍了不同阶段棉花清理所需的清理加工设备,对这些设备的特点与工作原理进行了总结和分析,指出了机采棉花清理加工中存在的问题并给出了具有针对性的建议,以期为未来机采长绒棉加工设备的设计研发提供思路。

茎叶菜打捆机设计与试验

针对目前国内韭菜、茼蒿及芹菜等茎叶菜的收割、打捆、加工、包装过程中劳动强度大、收获效率低、费时费力、尚未完全实现机械化等问题,根据农艺要求,设计了一种自动茎叶菜打捆装置。装置由机架、传送带、电机、传动链条、夹持装置、缠绕装置及钩针等部分组成,能够一次性完成茎叶菜打捆工序,提高了茎叶菜收获的效率,降低茎叶菜的生产成本。首先,进行茎叶菜打捆机的总体方案设计,并对缠绕装置、夹持装置、钩针及链条等关键部件进行设计分析及校核计算。通过样机试制,进行主要茎叶菜韭菜打捆正交试验研究,结果表明:当喂入量为1.1kg/s、打捆速度为6r/min、缠绕位置距离为100mm的组合为较优组合,在打捆过程中不会对韭菜造成损害,打捆效果较好,满足对韭菜打捆的基本作业要求。

国内外秸秆打捆机械研究现状与展望

我国的农作物秸秆资源丰富,提高秸秆利用率十分重要,目前我国被焚烧的秸秆占比较高,不仅污染了环境,同时对土壤造成影响,直接还田的秸秆还可能降低后茬作物的产量。针对我国近年来秸秆处理对土壤质量与环境的影响及秸秆利用率低的问题,总结其主要原因为打捆机发展水平落后,机械化程度较低,大部分秸秆不能得到合理利用。通过对国内外秸秆打捆机的研究,分析其优势与结构特点,总结出国内打捆机的问题并对未来的发展趋势做出分析。

机采籽棉残膜分离机籽棉带出机理仿真

为了实现籽棉残膜分离过程中,减少棉花带出的损失。该文通过计算和试验方法分别得到了籽棉和破碎的地膜(简称残膜)悬浮速度2.6、0.8 m/s。运用Fluent数值模拟方法,分离室入口处风速分别设定为3.5、4.0、4.5、5.0 m/s时,对关键分离区域的速度分布进行了数值仿真。结果表明:入口速度为4.0 m/s时,分布在0.8～2.6 m/s范围内速度值所占的比例分别为85%～86%,籽棉最不容易被带出。然后利用试验方法对仿真结果进行了验证,结果表明:模拟值与实测值差异较小。该研究为籽棉残膜分离机的优化设计提供了参考。

机采棉除杂机的稳压电源设计与试验

针对机采籽棉除杂系统对电源要求比较高的问题,以单片机为主控制器,设计了一款稳压电源。220 V交流市电经过变压、整流、滤波、稳压得到稳定而理想的直流电;经过直流到直流的降压模块得到所需要的直流电压范围;经过交流-直流逆变电路和变压器将直流电转化为交流电,由单片机控制交流电的变化。本设计能实现50 Hz、0-120 V可选的交流电、0-100 V可选的直流电,步进电压0.1 V/0.5 V可选,通过行列式键盘可输入步进电压、预设电压值,LCD12864实时显示步进值、预设值。

粗纤维压缩打捆机构模态与谐响应分析

针对机械式压缩打捆机构在工作过程中因机械振动而发生疲劳失效的问题,采用模态分析理论,利用分块兰索斯法求解得到打捆压缩机构的固有频率和振型,以及偏置式曲柄滑块机构的较大形变区域。同时,提取该区域内的关键点进行谐响应分析,获得各关键点最大谐峰值及共振点的频率。其模态与谐响应分析结果表明:在压缩推进器两侧挡板、连杆中部和压缩打捆机构中的减速器动力输出曲柄与连杆铰接处最可能产生共振并发生较大形变,压缩打捆机构在116.89、130.31、508.36、621.49、750.35Hz频率时易产生共振现象。为此,提出在易发生变形的薄弱环节采取焊接加强板及增添连接螺栓等方式,避开其共振点频率,为传动方式选用和整机结构改进提供理论依据。

柱塞式生物质环模成型机环模凹模磨损预测

为研究柱塞式生物质环模成型机的磨损特性及预测磨损程度,利用分形理论及磨损机理,建立了环模凹模的磨损预测模型,并对凹模进行磨损预测和分析,用试验验证模型的正确性。结果表明:新型柱塞式环模的主要磨损部位在环模凹模模孔内壁处,其表面临界微凸体接触面积由表面形貌及材料属性决定;考虑了物料及环模凹模物理特性的环模凹模磨损预测模型的预测结果是正确的;探讨了几种典型参数与平均磨损率的关系,得知随着分形参数、成型压力、当量成型速度的增大,其平均磨损率也增大。试验用2种典型材质的环模凹模和2种成型物料形成的4组摩擦副中,42CrMo-秸秆的平均磨损率最慢,45钢-木屑的磨损率最快。

基于CFD离散相模型的气流式皮棉清理机参数优化

气流式皮棉清理机能有效的清除不孕籽、破籽等杂质,提高皮棉等级,且对皮棉不产生任何损伤。为提高气流式皮棉清理机的除杂效率,降低纤维损耗,对其除杂机理进行了分析。通过建立基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的离散相模型(discrete phase model,DPM)对皮棉纤维轨迹、杂质轨迹分别进行了追踪分析,并对影响落棉率、除杂率的入口速度、出口压力和排杂槽口尺寸3个参数进行了仿真试验。通过正交试验方法,共进行了25组试验。根据正交试验的极差和方差分析,得出了影响气流式皮棉清理机落棉率的参数排序是入口速度>槽口尺寸>出口压力,影响除杂率的参数排序是槽口尺寸>入口速度>出口压力。通过建立综合评分标准,得出了气流式皮棉清理机的最优加工参数为入口速度20 m/s,出口压力-650 Pa,槽口尺寸30 mm,此时落棉率为5%,除杂率为90%。通过现场的加工试验验证,表明仿真分析所得出的优化组合和优劣分析是可行的,可为气流式皮棉清理机的加工工艺改善提供依据。

农业纤维物料压缩研究发展现状

全面分析了国内外关于农业纤维物料压缩研究的现状，指出了存在的问题，即：1）过去的研究多属“闭式”压缩试验研究；2）理论研究与实验脱节；3）对压缩过程中的影响因素考虑得不够全面；4）对压缩过程中被压缩物料的流变学特性研究不够。同时指出今后应加强研究的几个方面：1）以不同喂入量、不同压缩频率压缩时的蠕变和应力松弛问题；2）压缩室内草片和草捆在不同位置时的蠕变和应力松弛问题；3）草捆从压缩室出口释放时的膨胀和张力；4）综合考虑压力、压缩频率、喂入量、压缩室长度和草捆长度等对压缩过程的影响。

棉花圆模成型装置的设计与优化分析

设计了一种棉花圆模成型装置,可以对棉花进行均匀喂棉、打捆成型、缠网及断网作业。对喂棉装置、成型装置、缠网送网装置、切网装置等关键部件进行设计与分析,以保证装置的合理性。进行传动方案设计,并对输棉传送带的速度与密实度调节辊的速度关系进行了理论推导,保证装置能正常工作。利用SolidWorks对棉花圆模成型装置进行三维建模,并对成型装置进行静力学分析,结果表明:成型装置在正常工作下的最大位移是0.006 m,最大应力是6.57MPa,远低于屈服强度。对成型装置进行试验,结果表明:棉花圆模成型装置能满足各项作业要求,且工作稳定,可以为棉花圆模成型装置进一步优化设计提供理论参考。

基于CFD的气流式皮清机内部流场

利用基于CFD(computational fluid dynamics)的数值分析方式,对进口风速、排杂槽口宽度等参数改变引起的气流式皮清机内部速度场和压力场变化进行了仿真分析.采用速度矢量分析了进口风速的影响:进口风速为15 m/s时最佳,风速过低或者过高都易于引起堵塞;采用了压力云图及压力分布分析了排杂槽口宽度的影响:排杂槽口宽度为20 mm,进口风速为15 m/s时无向外排风现象,且向内补风风速最低,清杂及落棉的综合效果最佳.数值分析结果与试验验证结果相同,表明用CFD数值分析的方式可以为气流式皮清机的运行参数调节提供优化分析.