基于TRIZ理论的玉米根茬收获系统设计

玉米根土结合形式的复杂性为根茬采收装备的研制带来了困难,该文采用TRIZ理论研究了根茬铲挖与脱土过程的"物-场模型",确定了切割与推送相结合的根茬铲挖模式,以及压力场、振动场和重力场相协同的根茬脱土模式;并采用"冲突解决原理"分析和解决系统中涉及的物理矛盾和技术矛盾,对旋转耙齿、碾压辊、抖动升运机构进行了创新设计,提升采收作业性能;最后借助CAD技术将系统功能模式及部件创新设计转化成虚拟样机,搭建具有参数可调功能的根茬采收试验平台,经田间试验表明:系统运行良好,可为系统后续相关研究提供参考。

玉米根茬铲切刀具的滑切刃曲线优化设计

为获得具有优良切割性能的刀具刃口曲线,采用理论建模和铲切试验相结合的方法,研究了玉米根茬铲切的过程。通过建立玉米根茬切割过程的动力学模型及能耗模型,揭示了最优滑切角与物料摩擦角之间的函数关系;根据玉米根体的结构特征将其划分为5区段,并由各区段物料的摩擦系数获取相应理论最优滑切角;根据切割刃与根茬切割位置的对应关系,设计出具有多级滑切角的刃口形式,并与具有固定滑切角的刃口实施了对比铲切试验。试验表明:多级滑切刃刀具的铲切性能最佳,铲切功耗为14.2J。

玉米根茬收获系统的有限元模态分析与试验

针对研制的集铲挖和脱土于一体的玉米根茬收获系统,为进一步优化该系统的作业性能,采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的研究方法,获得了该系统的前20阶的固有频率,以及各主要工作部件的典型振型。研究结果表明:系统的1～4阶(8.5～29.6Hz)模态主要表现为升运链的整体弯振;5～14(44.1～124Hz)阶模态表现为各主要功能部件的横梁及主轴的弯曲、扭转振动;15～20阶模态(135～190Hz)则主要表现为各功能部件的末端振颤,上述系统模态属性,可为系统结构振动特性的描述及整机作业性能的优化提供依据。

玉米根茬收获机设计与试验

在大量试验的基础上设计了集挖茬、拾茬、清茬、引茬、集茬和侧位条铺于一体的玉米根茬收获机。整机主要由根茬挖掘装置、清理捡拾装置、链式输送装置及悬挂和液压系统等组成。适用于玉米、高梁等作物根茬的挖掘和集铺。该机具采用偏置柄式挖掘铲和弹性伸缩式捡拾机构,实现了对非藕联玉米根茬的地表下捡拾。田间试验结果表明:根茬漏拔率小于2.8%,生产率0.955～1.086 hm2/h,作业幅宽2.6 m,整机可靠性系数96.8%。

玉米根茬根土分离装置

设计了一种玉米根茬根土分离装置，该装置主要以双辊碾压脱土机构和双组柔性连接飞锤击打脱土机构的联合作用，对玉米根土复合体施以碾压、揉搓、击打和撞击等多种方式进行脱土作业。试验结果表明，在土壤质地为中壤土，土壤含水率为15％～20％的情况下，该装置平均根土脱净率为98．12％，平均根茬损失率为0．92％，平均生产率为2．43t／h，实现了根茬与土壤的有效分离。

玉米根茬抖动升运机构的建模与优化

收获玉米根茬过程中,采用碾压方式脱去裹夹于根系中央的泥土颇为有效,然而将根茬输送至碾辊处的过程中,经常出现下滑、堆叠等不良状况,严重影响了物料的有效升运与碾压脱土,因此根茬的有序升运与整列是实现碾压脱土的前提与关键。该文采用理论与试验相结合的方法对该机构进行优化:首先建立玉米根茬在抖动链条上的动力学模型,并确定根茬稳定升运及跳动的临界条件;然后在理论研究的基础上,借助升运试验平台及高速摄像系统,对根茬的升运及跳动过程实施记录和分析,最后确定了抖动升运机构的最优参数组合,升运链的倾角为23°,驱动轮转速为120r/min,抖动轮顶起高度为22mm。系统在最优参数下的试验结果表明:根茬能够随着抖动链条有序上移,并在链条斜面上小幅跳动,能够有效缓解根茬的堆叠、拥堵状态。

玉米根茬收集装置的模态分析及试验研究

基于TRIZ创新理论研究了一种具有捡拾、输送、脱土和收集多功能的玉米根茬收集装置,通过分析与研究,建立了玉米根茬收集装置的三维实体模型,采用有限单元法进行模态分析,计算得出了玉米根茬收集装置前20阶固有频率和主要振动特征,并对玉米根茬收集装置进行了模态试验研究,采用频域和时域相结合的模态参数识别方法获得了装置的固有频率,应用计算模态与试验模态相结合的方法分析玉米根茬收集装置的振动特性,为进一步研究其动力学性能与结构优化设计提供了一定的依据.

基于免耕播种的玉米根茬物理机械特性分析

东北作为我国干旱半干旱垄作地区,年降雨量少、风沙大,实行保护性耕作是必然选择。但是垄作保护性耕作研究难度较大,现今缺少适用的免耕播种机。为此,通过对玉米根茬物理机械特性的测试,从农机与农艺相结合的角度,分析了玉米免耕破茬的技术要求,提出破茬犁刀选型的依据与设计的基本参数。

基于坐标变换的玉米根茬三维模型建立

提出了一种将玉米根茬结构离散化为多段根节,根据实测统计参数,以坐标变换为理论基础创建玉米根茬随机三维模型的方法。创建模型过程中,采用NURBS曲线拟合的方法处理实测数据,分别以NURBS曲线和NURBS曲面进行形态创建和表面创建。以Matlab软件、三维CAD软件为工具,以IGES文件为接口将创建的玉米根茬模型导入三维CAD软件和有限元分析软件。所建模型可用于玉米根茬力学性能分析研究。

玉米根茬根土分离方式的试验研究

为确定较优的玉米根茬根土分离作业方式与作业参数,在根茎类作物根土分离试验台上进行了碾压、击打和抖动的单独及组合作业方式的根土分离效果对比试验。结果表明,采用碾压＋击打组合方式对低含水率（10%~15%）的玉米根茬样品进行根土分离优于其他作业方式。为优化碾压＋击打组合作业方式的作业参数,根据Box–Behnken试验设计原理,以根土分离率和作业功耗为性能指标,以轧距、飞锤转速和飞锤质量为试验因素进行试验,建立了根土分离率以及作业功耗的回归模型,通过响应曲面法分析指标与因素间的相互作用,并对回归模型进行多目标优化。优化获得的最佳作业参数为：轧距22 mm,飞锤转速200 r/min,飞锤质量0.3 kg,试验验证根土分离率为95.44%,作业功耗为0.72 k W,试验值与理论预测值基本一致,表明采用碾压＋击打组合方式具有良好的根土分离效果。

玉米根茬挖掘弹齿的有限元分析

玉米根茬收获机关键部件挖掘弹齿在挖茬过程中,受土壤阻力后有一定的应力和变形,传统设计方法计算挖掘弹齿的应力变化非常复杂,并且计算结果不够精确。为此,采用ANSYS11.0有限元软件对挖掘弹齿静强度进行了有限元分析,给出了挖掘弹齿作业时的应力和应变分布图,为玉米根茬收获机挖掘弹齿的设计和开发提供了参考依据。

玉米根茬破碎还田机设计的新思路

玉米根茬破碎还田,具有重要的经济效益和生态效益,对于解决我国"三农"问题,提高我国农业国际竞争力,都具有十分重要的意义。为此,在全面分析了我国玉米根茬破碎还田机目前所使用的刀具,破茬原理、布刀形式后,指出了其存在的问题与不足。对此,以降低功率消耗、提高玉米根茬破碎合格率为目标,提出了玉米根茬破碎还田刀具设计的新思路,为我国相关行业提供了一定的参考。

玉米根茬与地膜分离技术研究

玉米是我国的主要粮食作物之一,内含丰富的营养,玉米丰收之后需要将玉米根茬和地膜进行分离。为此,从玉米根茬与地膜分离的技术角度出发,研究玉米地膜回收技术,旨在有效提高玉米地膜的回收效率。本研究主要介绍了国内外关于玉米根茬与地膜分离的技术,分析了玉米根茬与地膜分离的必要性,介绍了玉米地膜回收技术,并从环保角度提出了玉米地膜回收的相关建议及未来地膜回收的发展趋势。

玉米根茬机械化处理技术研究现状与发展趋势

玉米根茬热值高,是重要的生物质能燃料。目前对玉米根茬的机械化处理方式主要集中在根茬粉碎还田和免耕模式下的根茬处理,缺少根茬收获方面的相关研究。为此,通过系统分析玉米根茬特性以及不同处理模式的特点,提出玉米根茬收获、根茬还田、免耕作业相互轮作的玉米根茬处理模式,旨在为今后根茬处理方法的选择提供有效途径。

基于Pro/E的玉米根茬收获虚拟样机设计

玉米根茬作为可再生生物质资源数量大,分布广,对解决农村能源问题具有重要的实际意义,但目前玉米根茬的机械化收获尚属空白。因此,提出了玉米根茬的机械化收获工艺,并在Pro/E环境下运用虚拟开发技术对玉米根茬收获机关键部件进行了三维建模,运用Pro/E装配模块进行了虚拟装配和运动仿真,对运动仿真的结果进行了分析,为玉米根茬收获物理样机的开发提供了参考和依据。

玉米根茬残膜回收机的离散元模拟及性能试验

为提高内蒙古地区玉米根茬残膜机械化回收水平,解决大根茬作物残膜回收率低、膜茬缠绕等问题,针对设计开发的玉米根茬残膜回收机,利用离散元数值模拟的方法,分析了作业时滚刀装置工作参数对根茬的回收率的影响。模拟结果表明,选用的滚刀装置作业参数可以实现对根茬段和地膜的抛起作用。参照残地膜回收机相关标准,对设计开发的玉米根茬残膜回收机进行了田间性能试验,结果表明:在给定的作业参数内,残膜表层拾净率为88%,缠膜率为1.8%,深层拾净率为91%,运输离地间隙为350mm,试验性能指标均高于相关标准。该机可用于玉米等大根茬作物根茬和残膜的有效回收。

切挖处理播种带玉米根茬研究

为满足在有玉米根茬的未耕地上免耕直播的需要,在播种机上设计了处理玉米根茬的装置;建立了切挖处理播种带玉米根茬模型;分析了主要工作部件切刀、铲刀的设计原理,在室内土槽试验的基础上完善了设计理论。

弹齿对辊式玉米根茬收获机的设计与试验

玉米根茬是一种极具开发性的清洁生物质燃料,为充分利用玉米根茬,研制了一种玉米根茬收获机。其采用偏置式铲刀、弹齿对辊式根茬捡拾与根土分离机构,一次性完成玉米根茬的挖掘、捡拾、脱土等收获环节。为此,以玉米根茬挖掘率和脱土率为性能指标进行田间试验。试验表明,研制的玉米根茬挖掘收获机性能满足使用要求,解决了人工挖掘劳动量大了田间焚烧造成土壤板结和环境污染等问题,为我国生物质资源利用的农业装备制造业提供了技术装备支撑。

玉米根茬根土分离过程数值模拟

为明确玉米根茬根土分离过程中的土壤运动与破裂规律以及根茬变形与受力规律,基于光滑粒子流体动力学（SPH）算法构建玉米根茬根土复合体仿真模型,利用该模型分别进行了玉米根茬根土复合体在压力与冲击作用下的根土分离过程动态仿真。仿真结果表明：在压缩作用下,为使土壤破碎同时避免压实,应控制压缩率〈90%;当压缩率为90%时,玉米根茬大部分根须所受等效应力为0.421~2.907 MPa;采用飞锤冲击玉米根茬根土复合体,不仅可以有效促使土壤破碎,提高根土分离效果,而且可以减少根须所受应力,降低根茬损失率。

玉米根茬地小麦垄作免耕播种机研究

虚拟制造技术在国内农机行业已进行了各层面的研究应用,但是由于免耕播种机的工作环境复杂多变,目前结合虚拟制造技术进行研究仍处于初步研究阶段。根据大垄多行作物耕作技术特点,提出了避开玉米根茬播种的思路,对避茬的可行性进行了深入分析,利用Autodesk Inventor软件建立玉米根茬地小麦垄作免耕播种机虚拟样机模型。研制的垄作免耕播种机主要由修垄装置、机架、开沟器、地轮、种肥箱及传动系统、组合镇压器等组成,能够在玉米根茬地一次性完成施肥、播种、修垄和镇压等作业。