夹持辊式棉秆拔取装置设计与试验

针对现有棉秆收获机械拔断率、漏拔率高,作业时需对行等问题,设计了一种夹持辊式棉秆拔取装置。该装置主要由棉秆拔取机构、棉秆输送机构组成,通过对棉秆拔取机构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。为了验证棉秆拔取装置工作的可靠性与作业性能,以机具前进速度、上拔秆辊转速、机具前进速度与拨秆轮线速度比值(简称速比)作为试验因素,棉秆拔断率、漏拔率为试验指标进行了三因素三水平二次回归响应面试验,建立了回归模型,分析了各因素对棉秆拔取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:影响棉秆拔断率的因素主次顺序为上拔秆辊转速、机具前进速度、速比;影响棉秆漏拔率的因素主次顺序为速比、机具前进速度、上拔秆辊转速。优化后的工作参数为:机具前进速度0.60 m/s、上拔秆辊转速46 r/min、速比0.50,以此参数组合进行田间试验,得到棉秆拔断率为3.68%,漏拔率为5.19%,与理论优化值相对误差不超过5%,研究结果可为棉秆拔取装置的设计提供参考。

棉秆梳解碾压机的设计

分析了棉秆重组材碾压机的设计和工作原理,着重讨论了梳解机构及梳解过程。通过对比分析光辊与齿辊的性能,得出如下结论:相同条件、相同辊径时,齿辊的棉秆梳解质量明显优于光辊,且辊齿角度为90o时梳解效果最佳。为了提高棉秆的梳解质量,建议梳解机构采用3对V型齿辊,给出了棉秆碾压机主要参数的设计原则和限定条件,并用撕裂系数来表示碾压机的梳解质量。

棉秆皮纤维素纤维的梳理与细化

为获得线密度较小的棉秆皮纤维,根据棉秆皮纤维素纤维的结构形态,采用单一罗拉梳理、单一盖板梳理、罗拉-盖板组合梳理方法对棉秆皮纤维进行机械细化处理。结果表明:棉秆皮纤维梳理之前需要进行加水并闷放12 h;对于单一罗拉梳理方法,在加水量为纤维质量的25%时,梳理后棉秆皮纤维平均长度39.7 mm、平均线密度2.42 tex;对于单一盖板梳理方法,在加水量为纤维质量的15%时,梳理后棉秆皮纤维的平均长度37.7 mm、平均线密度2.2 tex;对于加水量为纤维质量的25%的棉秆皮纤维素纤维,采用罗拉梳理2次-盖板梳理1次组合梳理方法,梳理细化后纤维平均线密度为1.9 tex,平均长度为39.6 mm,平均落纤长度为15.9 mm以及平均落纤线密度为3 tex。

小型履带自走式拔棉秆机的研制

为减轻棉农的劳动强度,提高拔棉秆的效率,通过对南方地区棉田环境以及拔棉秆农艺要求的分析,设计并制造了一种小型履带自走式拔棉秆机。该拔棉秆机拔秆机构选取前置悬挂式,根据提辊式拔秆原理,反转旋转辊刀将棉秆从棉田中拔出。拔棉秆机的试验结果表明:在拔棉秆机旋转辊刀的转速为415r·min-1,拔棉秆机的前进速度为0.80m·s-1的工况下,生产效率为0.29hm2·h-1,棉秆拔净率为95.2%,拔棉浅耕耕深为12cm左右,此时拔棉秆机漏拔率低,对土壤层破坏较小,方便后续农作物的种植,满足棉田生产农艺的要求;同时该拔棉秆机具有不对行的优势,创新设计了泥土分离和棉杆压缩机构,整机使用功率较低,能较好的适应南方地区小块复杂地势的棉田。

多辊式棉秆收获台的研究与试验

棉花秸秆是重要的可再生生物质能源,其收获技术的滞后严重制约了棉秆的资源化利用。针对棉花种植行距不一致,以及棉秆收获机作业中常出现的适用范围小、拔断率高、功率消耗大等问题,创新研制了多辊式棉秆收获台。同时,介绍了收获台的工作原理以及关键部件的设计分析,对主要性能指标进行了田间试验。试验结果表明:各项指标达到了设计要求。

横轴对辊式棉秆起拔装置设计与试验

针对现有棉秆起拔机械作业需对行、漏拔率及拔断率高等问题,该研究设计了横轴对辊式棉秆起拔装置,其主要工作部件为送秆装置与拔秆装置,依据部件作业过程与动力学分析完成了结构参数确定,并获取了作业性能影响因素及其取值范围。以机具前进速度、拨禾杆线速度和拔秆辊转速为影响因子,棉秆漏拔率和拔断率为响应值进行三因素三水平二次回归正交试验,建立了响应面数学模型,并进行了参数优化与验证。结果表明,漏拔率影响因素的显著性顺序为前进速度、拨禾杆线速度和拔秆辊转速,拔断率影响因素的显著性顺序为拔秆辊转速、拨禾杆线速度和前进速度,最优参数组合为前进速度0.68 m/s,拨禾杆线速度1.75 m/s,拔秆辊转速221 r/min,在此参数组合下测得棉秆漏拔率为5.24%,拔断率为3.75%,与理论预测值相对误差均小于4%。研究结果可为棉秆起拔机械设计提供参考。

自走式棉秆联合收获打捆机改进设计与试验

为提高棉秆回收率、压缩打捆效率和打捆质量,根据自走式棉秆联合收获打捆机的田间作业条件和棉秆的力学特性,采用理论、仿真和试验分析相结合的方法,对关键部件滚筒式铡切机构、拨禾轮、螺旋输送辊和曲柄滑块压缩机构进行了改进。改进后的自走式棉秆联合收获打捆机的滚筒式铡切机构转速为120 r/min,拨禾轮转速为36 r/min,螺旋输送辊转速为178 r/min,滚筒式铡切机构转速为120 r/min,曲柄滑块压缩机构压缩频率为110次/min,拨禾轮圆周上均布的拨禾板数量为8个。同时进行改进前后的对比试验。试验结果表明:改进后的自走式棉秆联合收获打捆机的棉秆回收率提高6.6%,压缩打捆效率提高43.4%,打捆密度提高14.7%,成捆率提高10.1%,规则草捆率提高4.7%。

刷辊式采棉机采摘装置结构设计与动力学分析

统收式采棉机具有适用范围广、结构简单、成本低等特点,能够满足我国多样化的种植国情。刷辊式采棉机是统收式采棉机的主力机型,阐述了刷辊式采棉机采摘装置的结构设计及其工作原理。运用Pro/E软件建立棉秆的三维实体模型,并利用有限元分析软件ANSYS将构件离散成细小网格,导入到ADAMS仿真软件中建立柔性体仿真模型。仿真结果得到了棉秆被采摘时的位移及速度图谱,分析棉秆在被采摘过程中的形态及位置变化过程,为后续采摘装置的改进设计提供理论依据和参考,同时也为统收式采棉机的推广奠定基础。

滚筒式棉秆铡切机构的设计与试验

设计一种适用于棉秆等硬质茎秆,配套打捆机作业的滚筒式铡切机构。该机构采用先破碎后铡切的滚筒式刀组和安装于机架上的定刀配合作业将棉秆切断。滚筒式刀组采用破碎板与铡切刀在圆周上交错布置的方式,实现对棉秆先破碎后铡切的作业,减轻铡切刀的磨损,降低铡切作业功耗。根据棉秆特性,确定关键部件的参数,并运用SolidWorks Simulation软件对铡切刀进行静强度校核和对滚筒式铡切机构进行模态分析,研究铡切刀的应力、应变分布和滚筒式铡切机构的固有频率和振型。结果表明:铡切刀最大应力和最大变形均发生在螺栓孔处,分别为234.6×106 N/m2和7.521×10-4 mm,铡切刀材料选用65Mn钢材,可满足性能要求;滚筒式铡切机构的最低阶固有频率为53.675Hz,高于其工作激励频率6.5 Hz,不会形成共振。对该机构的主要性能进行试验,结果表明:当铡切滚筒以185r/min旋转时,棉秆的铡切长度合格率为95.31%,消耗功率约30kW。