一体式烟秆拔秆破碎机工作参数优化与试验

针对现有烟秆拔秆设备拔秆效率较低、结构功能单一等问题,研制了一种能实现烟秆拔起、抓取、输送、清理及破碎等作业功能的一体式烟秆拔秆破碎机。为得到该机具的最优工作参数组合,选取了机组行进速度、刀辊转速和对辊转速3个因素进行单因素试验和Box—Behnken中心组合响应面优化试验,建立漏秆率和破碎粒径合格率为响应指标的数学模型,分析各影响因素对评价指标的响应规律。优化结果表明:机具最优工作参数组合为行走速度0.37m/s、刀辊转速140r/min、对辊转速551r/min,此时烟秆漏秆率为4%,破碎粒径合格率为9 3.8%。该研究结果可为样机拔秆破碎作业时工作参数的选取及机械传动式二代样机的传动比设计提供依据。

一体式烟秆拔秆破碎机振动测试与分析

自行研制的一体式烟秆拔秆破碎机存在振动较大、噪音严重、工作质量及可靠性不能令人满意等问题,要解决该问题首先需研究机器系统的振动影响因素。为此,采用DH5925动态信号测试系统对怠速和满油门条件下拖拉机发动机空载、整机空载及田间拔秆实载作业的5种工况下该机的8个测点处的振动进行了测试与分析,得到相应的振动时域特性和频谱特性分布规律,以寻找主要因素。试验结果表明:整机在全油门空载工况下由发动机引起的振动频率为153. 23Hz,破碎机、对辊传输结构、拔秆刀辊引起的激振频率分别为48. 34、27. 5、4.88 Hz,且田间拔秆作业时整机各测点的振动幅度达到2. 65、3. 05、2. 42、2. 99、2. 73、2. 5、2. 81、2. 13 m/s2,相比空载下振动幅度明显增大,这表明拖拉机发动机不平衡燃烧力矩及二阶不平衡惯性力、拔秆刀辊、对辊传输机构及破碎机的回转运动是拔秆破碎机振动的主要原因。对振源部件与机架连接处的减振结构优化,可为降低该机振动的整机结构优化和二代样机设计提供依据。

一体式烟秆拔秆粉碎机设计与仿真

依据烟秆回收农艺要求,设计了一种一体式烟秆拔秆粉碎机,主要由拔秆刀辊、输送对辊、粉碎机构和液压传动系统4部分组成,可一次性完成烟秆的拔起、输送、清理及粉碎抛送等作业,并对烟秆拔秆粉碎机关键部件进行了设计。采用掘蔸式拔秆刀辊结构,确定了拔秆刀辊弯刀参数和弯刀的4n±2最优数列双螺旋线排列,减小了工作阻力,提高了拔秆效率;设计了具有不同齿形状和转速的多级输送对辊,实现了烟秆的抓取、清理和稳定输送;采用液压传动系统设计,简化了传动系统的复杂性,实现了各工作机构的无极调速,为得到拔秆粉碎机的最优工作参数组合及功率分配奠定了基础;最后,对拔秆刀辊进行运动仿真及分析,验证了拔秆刀辊参数设计的合理性。该机适应性较好,能减少烟秆综合利用的预处理环节,促进烟秆的高效综合利用。

烟秆拔秆破碎机机架轻量化设计与动静态特性分析

研制了一种具有烟秆拔秆、输送和破碎抛送等功能的一体式烟秆拔秆破碎机,其机架是影响整机质量和功率消耗的关键部件之一。为减轻机架质量并分析其振动特性,以机架为研究对象,建立机架有限元模型,进行静应力分析及模态分析。在有限元分析基础上,采用拓扑优化和多目标优化的两级优化方案对机架进行轻量化设计,根据优化结果进行机架结构改进、样机加工和开展相应的振动特性验证试验。结果表明:优化后机架最大应力下降34. 22%,质量下降13. 09%;同时,优化后机架功率谱振幅峰值基频为11. 719 Hz,烟秆拔秆破碎机各部件工作时转速的激振频率均低于16. 33 Hz,远低于机架的一阶固有频率27. 591 Hz,机架不会发生共振,轻量化设计后的机架结构具有良好的可靠性。

烟秆拔秆破碎机机架轻量化设计与随机振动疲劳分析

为优化自行研制的一体式烟秆拔秆破碎机质量及作业功耗,探究随机振动对整机疲劳寿命的影响,采用基于遗传算法的多目标优化、振动试验和基于功率谱密度(PSD)的随机振动疲劳计算等方法对机架进行轻量化设计和疲劳寿命分析。首先通过振动试验获得典型测点的加速度功率谱密度,再将其作为随机振动载荷添加到有限元中进行随机振动响应分析,最后计算出该载荷机架的疲劳寿命。结果表明,优化后使机架的在保证结构强度的基础上质量减轻19.6%,当随机振动频率为47.814 Hz时,机架的功率密度谱最大响应值为6.66e-7 m~2/Hz,随机振动载荷下烟秆拔秆破碎机的振动疲劳寿命约为3.65年。

烟秆拔秆破碎机机架轻量化设计与动静态特性分析

机架是一体式烟秆拨秆破碎机关键部件之一,它对设备的整体质量及功率消耗都有直接影响。为使机架达到轻量化的设计,文章以机架为设计研究对象,进行动静态的特性分析。

烟草拔秆机拔秆切蔸装置的设计与试验

针对4YBG-1型烟草拔秆机在南方烟区作业过程中出现烟秆拔取输送不畅、切蔸不稳及操作不便等问题，设计了一种前置挂接在手扶式拖拉机上的拔秆切蔸装置。以HZ07-11烟秆为试材，对影响烟秆拔断率、漏拔率及切蔸率的双排夹持输送链速度、拖拉机前进速度、夹持间隙进行单因素和多因素正交试验。单因素试验结果表明，双排夹持输送链速度为0．8～1．1m／s，拖拉机前进速度为0．5～0．6m／s，夹持间隙9～15mm时，可完成烟秆拔秆切蔸作业。正交试验结果表明，影响烟秆拔断率、漏拔率和切蔸率的因素大小依次为夹持间隙、双排夹持输送链速度、拖拉机前进速度，双排夹持输送链速度为0．8m／s、拖拉机前进速度为0．6m／s、夹持间隙为12mm，是实现拔秆切蔸作业的较优组合，此时烟秆拔断率、漏拔率、切蔸率分别为0、5％、95％。

烟秆拔秆粉碎机的改进设计与刀辊功耗仿真

针对自行研制的一体式烟秆拔秆粉碎机田间试验时存在整机振动较大、功耗较高、机组高速行进时对辊传输机构传输不流畅等问题,对该机的拔秆刀辊参数、粉碎机结构、输送机构和传动系统进行了改进设计。首先,确定了最优双螺旋排列下拔秆刀辊的弯刀参数为:回转半径R=240mm,正切部弯折半径r=35mm,工作幅宽b=35mm,转速为110r/min。其次,将粉碎机设计为轮盘式结构并居中布置,可一次性完成多根烟秆的粉碎,且消除上一代机具中捶片式粉碎机由于偏心布置造成的振动较大的问题,同时设计了由夹持喂入对辊、链网输送机和喂料口对辊组成的传输机构,可实现多根烟秆的同时传输,输送性能好,并采用机械传动代替原来的液压传动,简化样机结构及操作复杂性。最后,利用EDEM对拔秆刀辊进行切削烟垄的功耗仿真分析,结果表明:刀辊稳定切削烟垄时的作业平均功耗为3.02kW,与通过旋耕机经验公式得到的推导值误差为5.63%,验证了拔秆刀辊设计的合理性。改进设计后的整机结构更紧凑,适应性和作业性能更好。

田间烟秆清理机械设计与试验

针对现有烟秆清理机存在效率低、适应性差等问题,设计一种新型田间烟秆清理机械。该机采用自走式机型,由夹持拔秆装置、松土铲等关键部件组成,可一次性完成双垄的松土、拔秆、收集等一系列清理作业,并对关键部件进行设计。通过EDEM仿真试验确定了松土铲扰动效果与耕作阻力的最优参数:入土深度20mm、铲头入土角24°和铲翼张角60°。田间单因素试验表明,影响烟秆拔净率的因素为机械作业速度、夹持带传输速度和夹持高度。田间多因素试验确定的机械最优工作参数为清理机械作业速度0.4m/s、夹持带传输速度0.58m/s、夹持高度0.43m,此条件下烟秆拔净率≥85%。

收获期烟秆的拉拔力及影响因素

测定并分析烟秆拉拔力与拉拔位移、烟秆直径、土壤含水率、土壤紧实度之间的相互关系。结果表明:拉拔烟秆是一个拉拔力上升阶段和拉拔力下降阶段的综合作用过程,当土壤含水率较低(13.2%)、土壤紧实度较大(18.6 kg/cm2)时,烟秆拉拔位移为14 cm,拉拔力最大值为1 654 N;当土壤含水率较高(21.8%)、土壤紧实度较小(11.54 kg/cm2)时,烟秆拉拔位移为16 cm,拉拔力最大值为1 628 N。烟秆直径与起拔力之间呈正相关直线回归关系,相关系数为0.88,烟秆直径为26.1～38.3 mm时,起拔力为551～1 840 N;土壤含水率越大,起拔力越小;土壤紧实度越大,起拔力越大。

改进型烟秆拔秆粉碎机机架轻量化设计

研制了一种集烟秆拔秆、输送、粉碎和收集作业为一体的改进型烟秆拔秆粉碎机,且机架是影响整机质量和功率消耗的关键部件之一。为减轻机架质量和分析其动态特性,以机架为研究对象,建立机架有限元模型并进行静应力分析。在有限元分析的基础上,采用拓扑优化和基于遗传算法的多目标优化方法对机架进行轻量化设计,并以机架轻量化设计后的参数进行样机试制和机架振动验证试验。结果表明:优化后机架质量减轻了18%,样机的振动幅值谱在83.894Hz或其倍频处达到峰值,且激振频率远低于样机1阶固有频率,轻量化设计后的样机不会发生共振,改进型烟秆拔秆粉碎机机架的轻量化设计结果合理。

烟秆拔秆机刀辊参数优化与试验

针对烟秆拔秆机存在拔秆作业能耗高、工作不稳定、刀辊受力不均等不足,对其核心工作部件刀辊的结构参数和工作参数进行优化与试验研究。首先,对刀辊旋耕刀切土轨迹、沟底不平度、切土节距、拔秆入土深度和旋耕速比进行了理论分析,并结合刀辊拔秆工作原理和拔秆农艺要求,确定了拔秆机刀辊较优参数设计组合为:拔秆机前进速度v_m=0.3 7 m/s,切土节距S=1 0 0 mm,旋耕速比λ=8,刀辊转速n=1 1 0 r/min。其次,对影响刀辊工作质量和功率消耗较大的旋耕刀参数及排列进行了研究,包括旋耕刀侧切刃、正切刃、正切部弯折半径、工作幅宽及刀辊回转半径等,得到适合于反转拔秆的旋耕刀参数为:螺线起点的极径ρ_0=1 6 3 mm,螺线终点的极径ρ_n=2 4 0 mm,螺线终点的极角θ_n=3 1.8°,弯折半径r=3 0 mm,旋耕刀幅宽b=3 0 mm,并提出了旋耕刀在刀辊上的4n±2最优数列双螺旋线排列法。田间作业试验表明:刀辊拔秆作业质量较好,性能稳定,设计合理。

适合山地小田块作业的烟草拔秆机的设计

设计了一种适合山区小块烟田的烟草拔秆机。该机器的作业部分采用独特的骑垄挖篼模式以及耙齿前置的液压驱动和单片机程序控制方案,在人力推动拔秆机使其挖篼机构对准烟秆之后,通过2个小型液压缸驱动挖篼机构沿着滑轨的上下运动,以及挖篼耙子的开合运动,将烟蔸挖出、举起、扔下,从而达到拔秆和根土分离的效果。该拔秆机只需要一次按钮操作就可以完成一株烟秆的挖篼拔秆循环,自动化程度高,拔秆效果彻底且不受杂草纠缠的影响;在行走方式上采用人力推动的手推车模式,转弯半径小,便于山地环境下的田间转移和田块利用。该机器可以高效拔除烟杆,同时显著降低人力成本和烟农的劳动强度,在具有小田块特征的山区烟田具有良好的应用和推广前景。

YS-YGQ-1A型烟秆清理机的设计与试验

为了解决人工清除烟秆劳动强度大且烟蔸根系出田不彻底的问题,实现保护性地将烟秆连同根系清除出烟田,满足次年烟草连茬种植需求。通过理论分析和试验探索,研制出与DF-151型或工农-121型手扶拖拉机配套的YS-YGQ-1A型烟秆清理机。该机采用骑垄前行作业,由挖掘转子反转挖掘将烟秆连同根系掘起,输送转子振动去除根系附土并传送到集料斗,然后集中倾倒在烟田成堆摆放。通过性能检测和验证试验,该机田间通过能力较强,各项性能指标达到设计要求且符合烟草农艺需求。该机作业效率达0.91hm2/8h且性能稳定,能显著提高生产效率、降低劳动强度和作业成本,且能降低拔秆后烟田旋耕作业成本。