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[硕士论文] 苏宁
森林工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:容器苗因造林成活率高被广泛推广应用,其栽植机械化是发展的主要方向。目前国内容器苗栽植机械化程度较低。一般对造林区进行整地后,都由人工栽植。近几年,广西北海从芬兰引进了大型植苗器用于桉树容器苗的栽植。整套设备必须配套大型挖掘机,体积庞大,行动不灵活,作业及维修成本高昂。本文参考此类设备,基于ZL910C小型装载机设计了一套小型植苗器。整套设备工作原理与国外大型植苗装备相似,但整体尺寸和重量都大幅降低。
  本文所设计的植苗器主要由翻土系统、苗盘系统、植苗系统三大部分组成。翻土系统的功能是将土层翻新,为容器苗提供良好的生长条件。其构成包括了装载机的臂系、液压油缸和翻土铲板。本文分析了翻土系统运动情况,给出了三组油缸长度变化与翻土铲尖空间位置的关系式。设计了翻土铲结构,给出了翻土铲结构尺寸。对翻土铲在入土、破土、翻土三个阶段运动情况进行了分析。利用EDEM软件建立土层离散元模型,仿真并检验了翻土铲的翻土性能,通过仿真结果得出结论:翻土铲可以实现土壤翻新,以70°入土翻土效果较好。苗盘系统主要功能是存苗和取苗。本文对苗盘结构进行了设计。苗盘长0.85m,宽0.7m,一次可存放54棵容器苗。苗盘系统的苗杯布置形式采用链式布置。通过苗杯与苗盘摩擦实验,建议采用不锈钢板作为苗盘承载盘材料。对驱动电机进行选型,并设计了苗盘系统的控制电路。植苗系统的作用主要是栽植容器苗。植苗系统主要包括植苗杆系、鸭嘴机构、镇压机构以及液压油缸。本文对植苗系统结构进行了设计,给出了关键部件的结构尺寸。分析并给出了植苗机构、镇压机构动作位置与油缸长度变化的关系式。搭建了植苗系统液压回路,利用AMESim软件对回路进行仿真,验证了该液压回路的可行性。
  最后,本文对基于小型装载机的植苗器设计进行了展望,提出可在本文设计基础上,增加施水施肥功能,苗、水、肥余量监测报警功能,智能导航、植苗统计功能,以提高植苗器的植苗效率以及自动化、智能化程度。
[硕士论文] 徐鑫
森林工程 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:苎麻,是我国传统农作物,种植历史悠久,又称“中国草”。但近年来,由于手工成本日益增加和苎麻收剥机械化水平低下,苎麻种植面积锐减,苎麻产业面临严重的危机。国内从二十世纪70年代开始研制苎麻剥麻机,现已经研制出40多种剥麻设备,但能应用到实际生产中的不足十种,最终也由于各种原因被弃用。调研发现,现有苎麻剥麻机的问题主要表现在:工作效率低、劳动强度大、剥麻质量低等。
  本文在研究分析各类剥麻机特点和麻农切实需要的基础上,从苎麻自身力学性能出发,提出了一种纵向劈裂、横向提拉的剥麻方式,设计出一种提拉式苎麻剥麻机,并对核心部件进行了有限元分析,主要研究结论如下:
  1.测量了苎麻的基本外形尺寸,分别对苎麻茎秆、木质部、韧皮层进行了拉伸、压缩、弯曲和扭转实验,得到了各部分的本构关系和工艺性能,为提拉剥麻方式的实现和样机的设计提供了理论基础。
  2.完成了机架、传送机构、导向机构和压紧机构等的结构设计,绘制了各个零部件的三维模型,并完成了整机的装配,创建出提拉式苎麻剥麻机虚拟样机,从理论上证实了提拉剥麻方式的可行性。
  3.对劈麻组合刀具、提麻刀臂和刮骨刀等核心部件进行了试验,完成了各部件的优化设计,并用SolidWorks Simulation对各部件进行了有限元分析,结果表明应力、应变、位移和安全系数皆满足设计要求。
  4.根据提拉剥麻方案的要求,对自动提麻刮骨系统进行了设计。完成了控制器、驱动器、变频器和光电开关等硬件的选型,并以PLC控制器为核心,根据各部件动作要求,设计出一套自动拉麻刮骨控制系统。
  5.加工样机,进行试验。结果表明:样机原麻生产率为12 kg/h,鲜茎出麻率为4.68%,含杂率为1.32%。
[硕士论文] 侯欣欣
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:全球范围内,中国人口众多,因此比较注重农业的发展,而利用机械化设备进行田间作物的运作是一个必然的发展过程,它可以节约劳动力和提高经济效益。现如今,人们在秋收时节开始部分的使用玉米联合收获机,但是中国大多数的玉米联合收获机只有玉米的掰取功能,玉米的苞叶会直接排出,排出的玉米苞叶最终的处理方式是焚烧,这不仅浪费资源,还会污染环境。即使部分玉米联合收获机有苞叶粉碎还田功能,但由于国内各个地区玉米收获时的含水率不同,导致在苞叶粉碎还田后由于粉碎段较大造成农机具堵塞。为了解决粉碎段较大的问题,对玉米苞叶粉碎装置进行了研究和试验,使苞叶的粉碎效果得以改善。
  针对粉碎段较大的问题,本文首先对玉米苞叶剥离装置进行理论分析,了解其工作原理及苞叶排出路径,在此基础上设计了玉米苞叶粉碎装置,该装置主要由粉碎滚筒,粉碎刀片,传动轴,轴承座,法兰、皮带轮和粉碎箱体组成。该装置结构紧凑,简捷,喂入口较大,能够适应剥离后玉米苞叶的各种喂入情况,而且锯齿形刀片粉碎性能好,能够有效解决粉碎段较大的问题。
  本文利用ADAMS仿真软件对玉米苞叶粉碎装置进行了运动学和动力学仿真,仿真结果显示:当玉米苞叶与玉米苞叶粉碎装置的粉碎滚筒开始接触时,首先被粉碎滚筒上的粉碎动刀片切割,然后被粉碎箱体上的粉碎定刀片和粉碎滚筒上的粉碎动刀片共同切割,玉米苞叶在粉碎的过程中,自身发生了跳动、翻转和滑移的现象。
  本文在玉米苞叶剥离装置和玉米苞叶粉碎装置综合试验台上进行了玉米苞叶粉碎影响因素试验,包括单因素试验、正交试验、多个玉米为一组试验和高速摄影等试验,优化了玉米苞叶粉碎装置的参数,通过各个试验得出了以下结果:
  (1)通过单因素试验,研究了玉米苞叶粉碎装置的粉碎滚筒转速对玉米苞叶粉碎效果的影响规律,通过试验得出:粉碎滚筒转速为1300r/min,时,玉米苞叶粉碎合格率为95%,即合格率最高,玉米苞叶的粉碎效果最好。
  (2)通过3因素3水平的正交试验,得出粉碎滚筒的转速对玉米苞叶粉碎合格率具有较为显著的影响,而且影响玉米苞叶粉碎合格率的3个因素从主到次依次是:粉碎滚筒的转速、玉米苞叶粉碎装置的位置、玉米苞叶粉碎装置的角度。
  (3)通过多个玉米试验,模拟田间玉米苞叶粉碎装置的苞叶粉碎情况,检验玉米苞叶粉碎装置的适应性和实际通过性能,通过试验得出:玉米苞叶粉碎段的合格率随着玉米苞叶粉碎个数的增加而降低。
  (4)通过高速摄影试验,观察在三种滚筒转速下刀片与玉米苞叶的接触、粉碎运动过程,总结粉碎规律。通过试验得出:玉米苞叶进入玉米苞叶粉碎装置后,由于粉碎滚筒的高速运转,带动玉米苞叶跟其运动,玉米苞叶首先被粉碎动刀片进行切割,然后被粉碎定刀片和粉碎动刀片共同切割,随着粉碎滚筒的运转,玉米苞叶反复被粉碎粉碎定刀片和粉碎动刀片粉碎,最后完成粉碎过程。随着粉碎滚筒转速的增加,玉米苞叶粉碎完成的时间逐渐缩短,并且粉碎成功率也随之增加。
[硕士论文] 李思越
机械工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:河北省等一年两熟地区广泛采用小麦-玉米的种植模式,即在刚收获小麦的田间实施免耕播种玉米。小麦收获后的玉米播种带有大量小麦秸秆残茬覆盖和粉碎不均匀的根茬存在,这会导致免耕播种机作业部件堵塞和引发二点委夜蛾等病虫害;而传统玉米免耕播种机会在作业时产生大土块影响播种质量。因此,针对小麦秸秆残茬、根茬和大土块造成的不良后果,本文以玉米免耕播种机种行秸秆清理与碎土装置为研究目标做了以下几个方面的研究:
  (1)设计了玉米免耕播种机种行秸秆清理与碎土装置,确定了刀具的结构及运动参数。通过对刀具切削小麦秸秆的受力分析,确定刀具的回转半径;由刀具切削根茬的分析,确定刀具的刀片数量;为了刀具具有良好的滑切性能,设计了偏心圆弧的刀具侧切刃刃口曲线;基于刀具的刃口曲线与螺旋升角设计了一体式、单向分离式和双向分离式三种刀具;通过对刀具端点运动轨迹分析,确定刀轴正转、刀轴转速与切土节距;并对刀具进行切土阻力与功耗的理论分析;根据秸秆抛掷的受力与运动分析,确定了秸秆抛掷条件与抛掷位移量。
  (2)设计了玉米免耕播种机种行秸秆清理与碎土装置的侧板与机具的传动系统。对侧板进行有限元模态分析,分析其产生共振的可能性;根据作业转速的要求,确定齿轮箱、链传动及传动轴等传动系统的参数,保证机具正常作业。
  (3)通过离散元仿真软件建立秸秆-土壤-刀具模型模拟作业过程。根据颗粒间相互作用设定模型参数,并进行仿真试验。基于三种型式的刀具在不同刀轴转速情况下,分析秸秆抛掷侧向位移的仿真结果与模拟的作业效果。
  (4)以机具的理论设计与仿真试验为基础依据,对机具进行加工、制作与装配,并进行田间试验。基于三种型式的刀具在不同刀轴转速情况下,测定土壤扰动量、秸秆清秸率和秸秆侧向位移,将田间试验结果与仿真试验结果进行对比分析,结果表明所设计的玉米免耕播种机种行秸秆清理与碎土装置满足相关技术要求。
[硕士论文] 郑鑫
农业工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:水肥一体化技术就是将水和化肥按照一定比例混合后再进行灌溉,而水肥一体机的功能就是混肥。目前存在的水肥一体机中混肥方式有很多,如:借助压力系统或地形自然落差将肥料输送;利用阀门的打开程度对施肥量进行调节;借助混肥桶,在混肥桶中将水和肥混合好后再进行灌溉等方式。现在大部分混肥方式都不能进行精确的输送,这就造成了化肥的不合理使用,进而引起了环境污染等一系列的问题。针对精确灌溉这一问题本文进行了定量泵控制系统的设计。课题研究的目的是控制水肥一体化中化肥的定量输送,根据上位机发送的信息控制定量泵进行工作。
  定量泵的设计改装。定量泵由驱动部分和液体输送部分组成,通过对几种电机和泵体优缺点的对比,结合本系统的工作环境,最终选取伺服电机作为定量泵的驱动源,选取挠性叶轮泵作为定量泵的液体输送部分。设计并制作了连接器,将两部分连接在一起组成一个完整的定量泵。
  定量泵特性关系研究。设计并搭建了实验平台,进行了大量的定量泵特性关系研究实验,利用MATLAB软件对测得的数据进行分析,通过多种拟合方法的对比得到了此定量泵的压强(MPa)、转速(r/min)、和流量(1b/min)三者之间的三维曲面关系特性,将得到的三维曲面图简化为平面图,并求出平面图的数学模型表达式。通过大量反复实验将得到的数学模型表达式参数进行优化,提高了数学模型精度。
  定量泵控制系统的设计。通过对定量泵控制系统的功能需求分析,进行了控制系统的功能设计。在此基础上设计了以STM32F103ZET6微处理器为控制核心的硬件电路和软件程序的开发,其中包括最小系统电路、按键电路、通信电路、驱动电路等模块。并根据得到的数学模型设计了系统的控制算法,使系统根据上位机发送的信息自动计算参数值,进而控制定量泵运行。
[硕士论文] 赵禹豪
机械工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:玉米籽粒型收获机是我国玉米收获机械化产业今后的发展方向,而卸粮装置作为籽粒收获机的一个关键部件,对玉米籽粒的收获品质有直接影响。卸粮装置的卸粮效率高低将直接影响籽粒收获机的工作进程。由于各地所使用的运粮车型号各异,所以卸粮装置的卸粮高度直接影响产品的适用性,卸粮高度较高的籽粒收获机则适应范围广。破碎率是评价玉米籽粒收获机好坏的一个重要指标,故卸粮装置对二次破碎有严格的要求。本课题结合“十三五”玉米联合收获机与智能装备研发项目重点课题,以河北中农博远农业装备有限公司的4YL-5型玉米籽粒收获机为研究对象,以提高卸粮效率,增加适应性和降低二次破碎率为目标进行了设计。论文的主要研究内容及成果如下:
  (1)在深入研究了国内外玉米收获机卸粮装置的基础上,结合了河北中农博远农业装备有限公司前期机型卸粮装置的功能特点,采用三螺旋组合的方式来实现卸粮操作。
  (2)通过对卸粮装置的工作对象进行研究,根据玉米籽粒散粒物料的性质对玉米籽粒在螺旋输送装置中的力学状态进行了分析,并根据分析结果提出了在螺旋输送装置参数确定过程中对于螺旋角和转速的要求。
  (3)基于虚拟样机技术,运用EDEM分析软件对完成设计建模的卸粮装置进行模拟仿真,以玉米籽粒的物理学特性为基础,建立籽粒物料在卸粮装置中的运动模型,确定了颗粒半径、泊松比、滑动摩擦系数和滚动摩擦系数等关键参数。并通过分析结果得出了籽粒在卸粮装置中的运动规律,验证了卸粮装置模型的正确性。
  (4)通过样机试验对卸粮装置的输送效率以及籽粒的破碎率进行验证,确保卸粮装置的工作效率及破碎率符合实际要求。
  (5)最后,运用微电子和自动控制技术,对籽粒收获机的粮箱进行了自动化监控设计。当粮箱中物料达到指定位置时,控制器会自动向处在远端的运粮车发送信号,以提示运粮车提前到达工作位置准备进行卸粮操作。当粮箱中的物料将要达到顶部时,控制系统会在驾驶室内的控制面板上报警,以提醒驾驶员及时停机,防止物料溢出。使得产品的实用性得到了进一步提升,也为今后该产品的智能化研究奠定了基础。
[硕士论文] 尹双双
机械工程 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:收获后的农作物中,往往含有较多杂质,而像花生、大枣、辣椒等作物中也不可避免的混有未成熟、破损、病虫害的果实。若不对其及时处理,会极大影响种植户的经济效益,且在储藏、运输过程中极易造成作物的腐烂变质。因此对收获后的作物进行除杂、分级是较为重要的一个环节。现阶段清选除杂效果较好的农作物清选装置,大都采用风筛结合的方式,该类装置具有体型大、质量重、不易维修、成本高等缺点;而对农作物的分级处理方式,仍以人工挑选为主。因此,基于拉瓦尔喷管结构原理设计了一种新型负压风选装置,经风机吹入风道的气流,在负压管内产生一定的负压,作物在负压管内气流的负压提升力作用下,完成分选作业。整个负压分选过程,既不会产生扬尘,也不会对作物果实造成破坏,并且装置具有操作简单、易维修、体型小、自动化程度高、成本低等优点。本文的主要工作和结论如下:
  (1)通过分析流体在管道内的流动能量损失,对负压风选装置进行结构设计。为提高能量利用率,以达到精确控制负压管内真空度的目的,基于流体仿真软件Fluent对负压风选装置进行结构优化,利用单因素与五因素三水平实验,确定各因素的取值,进而确定基于拉瓦尔喷管的负压分级装置的结构尺寸。
  (2)基于软件Fluent对该负压分级装置的流场进行仿真模拟,分析主动进风口与被动进风口的流速关系及负压管口与负压管内的压力分布情况。以轻质量的规则圆柱体作为实验目标物,以负压管内不同高度、迎风截面积、负压管长度为变量,分析负压管内受到的负压提升力的变化,以农作物花生为实验目标物,验证负压管内不同高度下负压提升力的变化规律。
  (3)基于CFD-DEM耦合仿真,对优质、次等花生的负压分选过程进行仿真模拟。在EDEM中选取花生之间及花生与风道的接触力学模型,并采用多个球面组合的方法,建立了花生颗粒模型,分析优质、次等花生在负压管内的分选差异;利用球体模型分析在不同直径的管道内进气速度一定时,球体所受合力的变化,以分析物体迎风面积与管路直径比值对负压提升力的影响。
  (4)以朝天椒中长辣椒为试验目标物,基于负压风选装置结构并依托辣椒上料装置,设计一种适用于辣椒负压除杂的风选装置,对辣椒进行负压除杂试验,验证该装置的除杂效果;基于Fluent仿真优化得到的负压分级装置,对质量相差较小的花生进行负压分级试验研究。通过搭建简易输送台,以花生在输送过程中输送带的速度、花生的分选高度与风道的进风速度为试验变量,进行花生分级试验,确定三个变量对花生分级效果的影响关系。
[硕士论文] 王伯宇
农业电气化与自动化 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:目前,我国水资源总量不足,时空分布不均匀,干旱缺水严重制约农业发展。推广普及水肥一体化等农业节水技术,是保障国家粮食安全、促进转变农业发展方式的必由之路。
  本课题是新型设施农业机械装备研发与开发项目中的一部分。论文通过对系统结构、控制算法、无线通讯方式、软硬件设计的研究,设计一套基于物联网的水肥一体化控制器。水肥一体化控制器以STM32F103ZET6微处理器为核心,辅以电源电路、Wi-Fi通讯电路、外部存储电路、模拟量采集电路、采集流量电路、控制接口电路等外围结构电路构成。控制器能够基于Wi-Fi技术实现以下功能:远程对温室群进行管理;同时将数据存储到云端服务器;能够按照温室里的农作物需求精确控制两条肥路配比施肥等性能要求。在温室内,通过3个感知节点采集温室环境参数,经过灌溉控制器向云端服务器上传这3个感知节点的数据。在温室中进行yeelink、OneNET、腾讯云服务器选择试验,最后OneNET云端服务器作为远程监控和存储的云端平台。软件方面使用μC/OS-II操作系统对采集模拟量、Wi-Fi通讯、输出控制量任务、扫描矩阵键盘等任务模块进行管理,使该控制系统具有较好的实时性。
  为了更精确的控制水肥流量比例,本文使用RBF-PID模型对单路或双路肥路的施肥泵进行控制,通过仿真试验和实际试验结果说明RBF-PID模型比传统PID模型能使被控制系统获取更加稳定、精度更高等性能,能够满足水肥一体化控制系统要求,具有较广泛的应用前景。
[硕士论文] 田艳博
机械制造及其自动化 河北农业大学 2018(学位年度)
摘要:河北省中南部是我国典型的玉米小麦一年两熟种植区,夏玉米成熟后,先用收割机收割,再用粉碎机将玉米秸秆粉碎还田,地表覆盖大量秸秆。现有的深松机大多工作阻力大、耗能多,同时因玉米秸秆粉碎机的工作质量不佳,粉碎的秸秆不均匀,作业时深松铲容易挂秸秆或杂草,造成机具的堵塞或推起,影响深松整地作业机的作业效率。因此,在满足深松作业质量的情况下,需要解决的问题是如何降低土壤对深松铲的工作阻力、减少机具堵塞。针对上述问题,本文设计并研制一台分层深松整地作业机并进行田间试验,检验分层深松组合铲的合理性及机具的性能。具体研究内容如下:
  (1)确定深松部件及整机的设计方案。深松部件运用分层深松原理设计分层深松组合铲,两个深松铲前后布置,将土壤分为上下两层,前面的深松铲松动上层土壤,后面的深松铲深松下层土壤,实现前后错开;分析悬挂机构,建立计算深松机架宽度的数学模型,使深松机架能够在作业过程中避免与万向节发生碰撞。用软件Solidworks建立分层深松整地作业机各个零件的模型,再进行虚拟装配,检验整机的可装配性。
  (2)在理想工作状态下,对分层深松组合铲进行了受力分析,建立计算分层深松组合铲工作阻力的模型。经计算分层深松组合铲所受工作阻力,优化了两铲之间的深松深度最佳距离;在相同作业条件下,分别计算分层深松组合铲和普通凿型深松铲的工作阻力,并进行对比分析。
  (3)分析镇压装置,分别对镇压辊与拉板进行受力分析,建立计算镇压辊镇压力与调整拉杆弹簧变形量的关系模型,使之在应用中能通过快速调节调整拉杆得到想要的表土的坚实度。
  (4)在计算分层深松组合铲的工作阻力基础上,用软件ANSYS对分层深松组合铲和深松机架进行有限元静力分析,查看分层深松组合铲和深松机架的最大变形、所受最大应力是否满足设计要求。
  (5)试制一台分层深松整地作业机并进行田间试验。结果表明:测量分层深松整地作业机的各项指标,均在《标准JB/T10295-2014深松整地联合作业机》规定范围之内,满足要求;在相同耕深、速度条件下,分层深松组合铲的平均工作阻力是5020N,普通凿型深松铲的平均工作阻力是6108N,降低17.8%,降阻较明显;在玉米收获机收获作业过程中玉米秸秆仅经过一次粉碎条件下,该机具连续作业1hm2未出现机具堵塞状况,机具通过性较好,且作业后地表平整。
[硕士论文] 周龙
农业机械化 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:针对丘陵地区人均耕地面积少,且土地比较分散,地形崎岖,大型农机作业效率低,甚至无法工作,小型农机有时也使用不方便的实际问题,基于无人机技术,本文设计了双螺旋式水稻直播机。
  本文给出了双螺旋式直播机的设计思路与试验方案,运用三维软件Creo对直播机的机械结构建模,并对控制模型的进行设计;以水稻种子为研究对象,基于离散元方法,用基础单元颗粒对水稻种子进行建模;利用离散元软件EDEM对直播机的排种过程进行模拟,分析研究了种量随时间的变化规律、种子的运动路线以及主要部件的受力情况,优化排种装置的工作参数;为研究双螺旋式水稻直播机的实际工作性能,以籼稻F优498为研究试材,设置育秧手插、机插、无人机撒播三种方式,采用单因素随机区组设计进行了田间试验,试验结果表明,无人机撒播方式的水稻亩产可达620kg,播种效率为8分钟/亩,播种密度为单位平方米110粒种子左右,播种深度为0.5cm,能满足水稻生长要求。
  本文通过对双螺旋式直播机的结构参数、离散元仿真和田问试验的研究分析,确定了双螺旋式直播机工作性能的最优参数,这些参数为飞机直播的研究以及在丘陵地区的实际应用打下了基础。
[硕士论文] 彭曼曼
工业工程 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:中国马铃薯的种植面积和产量居世界首位,预计到2020年,马铃薯种植面积将达到1亿亩以上,实现马铃薯机械化精量播种是推动我国马铃薯产业发展的关键。而目前,我国马铃薯的播种广泛采用人工播种和机械式播种,部分马铃薯播种机还无法实现全自动化播种,需要人工辅助作业,严重制约了马铃薯的质量和产量。气吸式播种机相比于机械式播种有着诸多明显的优势,不仅能够实现精量播种而且作业速度高、重播率和漏播率低等。但现有的气吸式播种机仅针对玉米、大豆等中小颗粒作物无法满足马铃薯的播种需要。主要原因包括:马铃薯种薯(整薯、切块薯)质量大、尺寸不规则的物料特性;所需正负压风机转速高、流量大、风压高的技术要求,最终决定了风机的设计及加工的难度。
  针对这些技术问题,通过从风机内部结构和气流场方面展开理论与试验研究,获得满足马铃薯播种需要的风机结构与工作参数,实现马铃薯气吸式播种。主要研究内容如下:
  (1)通过风机气流场力学分析及FLUENT仿真分析,建立描述风机进口风压与风机内部结构参数的数学模型,综合考虑风机的内部结构和外部因素,确定蜗舌半径、风机转速、蜗舌与叶轮间距、叶片进口和出口安装角为影响风机进口风压的主要因素。
  (2)采用仿真试验的方法,通过SolidWorks三维软件改变风机结构模型,每次改变影响因素组合得到对应结构参数下的风机进口风压,并通过方差分析对试验数据进行处理,优化得到最优参数组合。得到当蜗舌半径为34.45mm、蜗舌与叶轮间距为76.50mm、叶片进口安装角为15.47°、叶片出口安装角为106.82°的新型风机结构。
  (3)通过CFD气动性能试验,验证新风机的气动性能。试验结果表明:风机的气动性能即全压、静压、效率、轴功率等明显改善。并加工新风机进行台架验证试验,台架试验表明:优化的风机满足微型薯、切块薯和常规薯三种马铃薯种薯播种要求,平均合格指数为96.1%、重吸指数为1.8%和漏吸指数为2.1%,均在允许范围内且播种效果较好。该风机能够给排种器提供持续稳定的负压,满足作业要求。
  (4)对优化后的风机进行性能分析,风机高速运转一段时间后,其轴承外侧、内侧以及环境温度趋于稳定状态。通过对风机轴承处安装传感器,对采集的振动信号进行分析与处理,实现对风机轴承工况与故障的及时反馈与处理,使气吸式马铃薯播种机保持良好的工作状态。实现了风机在马铃薯的气吸式播种上的良好运用。
  本文的相关研究为马铃薯气吸式播种机风机的设计与研究提供了有效的解决办法,为马铃薯气吸播种机的设计改进及优化提供了理论支撑和技术参考,促进马铃薯机械化播种的进一步发展。
[硕士论文] 邓兆军
农业机械化工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国经济水平的提高,农业机械化水平也有了很大的提升,但与发达国家相比还有很大差距。由于我国国土辽阔,不同区域的耕地类型也不相同。东北地区山地、丘陵地较多,土壤肥沃,粮食产量高,是我国主要的耕作地区。但区域经济水平的差异性,使得东北地区农业机械化水平较低,因此亟需一种对复杂地势适应性强、功能较齐全、价格低廉的耕播机。
  本文总结国内外耕播机械的发展现状,针对我国东北地区耕播机械发展状况特点,农耕作业的农艺要求以及耕播机械的设计要求,确定了微型履带式耕播机的设计方案。对中耕犁作业过程及履带-负载轮-地面的耦合作用关系进行分析,得到中耕犁牵引阻力、履带各段张紧力及驱动力的计算方法。
  运用SolidWorks三维软件对微型履带式耕播机进行了整机结构设计,并对种肥两用分施器、中耕犁体组件、开沟器、履带行走机构以及传动系统等关键零部件进行了详细设计,完成了三维建模。采用ANSYS软件对微型履带式耕播机的机架和转动架进行了静力学分析,验证了机架和转动架的刚度和强度满足设计要求。
  采用仿真试验的方法对芯铧式开沟器进行结构参数优化,利用EDEM软件建立土壤-开沟器仿真试验模型,以开沟器宽度、入土角和斜面角为试验因素,以牵引比能耗为响应指标进行仿真试验,获得了最优的开沟器结构参数。
  对微型履带式耕播机进行了田间试验,通过对该耕播机田间试验数据分析可知,中耕犁体组件、开沟器以及种肥两用分施器均设计合理,符合农艺要求。
[硕士论文] 陈诚
作物栽培学与耕作学 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:西南丘陵山地玉米区是我国第三大玉米主产区,四川丘陵区玉米播种面积占西南丘陵山地玉米产区近1/3。播种时的干旱、播种环节多、播种效率低下是当前四川玉米生产中的重要问题,穴灌播种机是一种能够有效降低人工成本、提高劳动效率和解决干旱问题的农业机械。因此研究适用于四川丘陵区的穴灌播种机和配套农艺技术,在推动四川丘陵区玉米发展方面有重要意义。本研究通过在不同的土壤含水量下进行机械播种试验,研究了适宜穴灌播种的土壤含水量;通过不同的土壤水分含量和穴灌量的盆栽试验,研究了适宜的穴灌量;通过不同灌溉方式、耕作方式以及是否覆膜的三因素裂区试验,研究了灌溉方式对玉米的影响并筛选了穴灌条件下适宜的种植方式和耕作方式,并以此为依据设计了一种穴灌播种机。主要研究结果如下:
  (1)穴灌播种机应在土壤含水量低于20%±1%时使用,最适宜普通机械播种的土壤含水量为20%±1%。土壤含水量为20%±1%时,玉米出苗率达到96%,比土壤含水量为16%±1%和24%±1%处理高24.68%和17.07%。土壤含水量为20%±1%有利于提高播种质量,出苗率、幼苗整齐度和穴距整齐度均为最高;土壤含水量为20%±1%处理下玉米有效穗比含水量为16%±1%和24%±1%高24.58%和15.81%,产量高26.53%和9.20%。
  (2)在土壤水分含量为13%时,最佳穴灌量为200ml/穴;在土壤水分含量为15%时,最佳穴灌量为160ml/穴;在土壤水分含量为17%时,最佳穴灌量为140ml/穴。
  (3)穴灌是一种高效不减产的灌溉方式。相比于常规灌溉,穴灌玉米苗期株高、叶面积和干物质下降6.57%、17.89%和3.3%,穴灌玉米苗期根长和根表面积分别提高19.09%和15.91%。这可能是穴灌条件下玉米受到轻微的干旱胁迫造成的。在生育后期,穴灌玉米各项形态指标与常规灌溉差异不显著。穴灌与常规灌溉产量差异不显著,但穴灌灌水量为4.5m3/ha,较常规灌溉节水80%,水分利用效率提高10.80%。
  (4)在穴灌条件下,冬耕为最佳的耕作方式。冬耕处理下玉米苗期生长受到抑制,玉米苗期的茎粗、叶面积、干物质量、根长、根干重、根表面积和根体积较春耕分别下降20%、88.39%、35.15%、18.05%、41.72%、54.71%和51.56%。冬耕显著提高土壤水分含量,为玉米生长提供充足的水分,在生育后期,冬耕条件下玉米干物质和叶面积显著高于春耕处理。冬耕显著改变了玉米根系垂直分布,在灌浆期,冬耕处理0-20cm层根长占比较春耕提高6.49%,20-40cm和40-60cm层较春耕分别下降31.24%和20.19%。冬耕条件下玉米产量提高13.7%,水分利用效率增加12.3%。
  (5)在穴灌条件下,覆膜有利于玉米增产增收。相比于不覆膜处理,覆膜显著提高了地温和土壤水分含量,玉米出苗率提高11.03%;覆膜条件下,玉米全生育期的各项形态指标均高于不覆膜处理,覆膜有利于苗期根系的生长,并对后期根系垂直分布影响显著:提高了表层根系分布量,降低了中下层根系分布量。覆膜条件下,玉米产量提高了13.2%,水分利用效率提高8.89%。
  (6)针对四川丘陵区机械播种现状,结合田间试验数据。设计了一种集播种、穴灌、开沟施肥、镇压覆土和覆膜一体的穴灌播种机。通过穴灌量与密度计算设计播种机水箱容积为0.40m3,穴施水量设计为140-200ml,通过智能穴喷系统进行精量施水与播种。
[硕士论文] 杨军强
农业机械化工程 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:机械化精量播种能够省种、降低劳动强度、提高作业效率、增加农民收益,是智能农机发展的重要环节。播种过程中排种监测、漏播检测及自动补种是精量播种智能化发展的趋势之一。油菜是我国播种面积最大的油料作物,因油菜种子粒径小、质量轻、播种速率高、排种过程封闭等特点,目前因缺乏小粒径种子流传感计数装置,油菜精量播种的播量指标主要通过种箱内种量变化或排种器转速及型孔数推算间接获得,且田间复杂的作业环境和故障不可避免地会随机性导致油菜精量排种器发生漏播,影响作物产量。因此有必要设计一种能够实时检测油菜等小粒径种子流的传感装置,并设计一套漏播自动补种系统,实现油菜精量播种过程中播量监测、漏播检测并及时自动补种,提高播种质量和效率。
  本文在分析国内外精量排种器种子流传感检测与漏播补种技术研究现状的基础上,基于压电感应原理设计了油菜精量排种器种子流传感装置,以该传感装置拓展设计了漏播变量补种系统,并开展了性能试验研究,具体工作总结如下:
  (1)设计了一种油菜精量排种器种子流传感装置,实现了油菜等小粒径种子的实时感知计数。基于油菜种子与压电薄膜产生的碰撞信号特征分析,探索了一种油菜种子流压电感应检测方式,设计了沉槽基板-压电薄膜感应结构,提高了种子流检测时间分辨率和抗振性。运用高速摄影技术及碰撞动力学模型,设计了传感装置的导管内径、压电薄膜倾角、导管长度、出种口位置等关键结构参数。通过设计的信号采集系统,实现微弱碰撞信号经放大、半波整流、电压比较、单稳态触发调理转化为单脉冲信号,利用单片机定时计数采集处理,实现油菜种子流排种频率与排种总量的实时检测,并利用nRF无线模块定时发送给监测显示终端,实现播量数据的实时显示与保存。台架及田间试验表明:种子流传感装置能够实时检测精量排种器的排种频率与排种总量,检测准确率不低于98%。
  (2)优化设计了油菜精量排种器集成型漏播变量补种装置,为漏播自动补种提供了技术支撑。该漏播变量补种装置集螺管式补种器、直流减速电机、单片机控制系统、电机驱动系统、nRF无线模块和电源于一体,使得补种装置结构紧凑、功能相对独立。结合试验对螺管式补种器内螺纹凸台高度、螺管数目、种箱出种孔等结构进行了改进。采用PWM(pulse-width modulation)定频调宽调压方式驱动直流减速电机调节补种装置转速,进而改变排种速率实现变量排种。补种装置排量测定试验表明:补种装置转速在23~228r/min范围内,1min排种粒数随转速增加呈线性增加,补种装置螺管当量排种数稳定在1.2~1.4粒,并利用曲线拟合方法得到补种装置转速与PWM占空比函数关系。
  (3)设计了油菜精量排种器漏播变量补种系统并开展了试验验证。该补种系统由漏播检测传感装置、排种盘测速装置、漏播变量补种装置及漏播补种监测显示装置组成,各装置间指令和数据采用无线方式进行有序实时传输。漏播检测传感装置实时采集排种种子流时间间隔序列和周期内排种数序列,接收排种盘测速装置测得的理论排种频率确定检测周期,结合基于时变窗口的漏播实时检测方法计算漏播系数等漏播状态参数,并根据漏播变量补种策略获得对应补种转速,将其发送至漏播变量补种装置及漏播补种监测显示装置。漏播变量补种装置接收补种转速指令,并通过对应的占空比驱动电机实现变量补种。漏播补种监测显示装置滚动刷新显示最近10个检测周期的漏播补种各状态参数。漏播变量补种系统试验表明:在正常播种速率范围内,补种后有效地降低了漏播指数,提高了播种质量。
[博士论文] 吴昊
农业机械化工程 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:随着农村经济结构的进一步调整,中国农业部门对特色农产品的高度重视,莲藕的种植面积逐年增长,其种植和管理环节简单,经济效益高,但生长于水下淤泥中的莲藕长期以来主要依靠人工挖掘,劳动强度大、作业环境恶劣、生产效率低、莲藕损伤严重,商品质量差等问题已成为制约莲藕生产的瓶颈。
  本文在系统分析和总结国内外挖藕机及射流理论相关研究的基础上,针对现有挖藕设备作业效率低、莲藕损伤严重、操作过程繁琐、需要一定经验技术才能掌握的缺陷,创新设计了一种射流自旋式挖藕机。结合水力采挖莲藕的机理,对射流自旋式挖藕机进行了相关探索和研究,主要研究内容如下:
  (1)根据相关文献和物料特性试验标准,利用图像处理、环刀法、含水率测量仪、坚实度测量仪分别测定泥土的堆积角为42°、体积密度1714kg/m3、含水率46.7%和0.4m深度处泥土最大坚实度为1.63MPa。利用万能材料试验机测定莲藕的抗压强度为2.32MPa和藕节断裂极限弯矩为6N·m。通过排水法测定莲藕的体积密度为0.93×103kg/m3,并计算其在水中上浮所受推力为1.4N,所处深度0.4m时的上浮时间为1s。
  (2)结合离散元法与有限元法运用EDEM-Fluent流固耦合分析射流破碎挖掘泥土的作用机理,研究喷嘴参数对挖掘深度和挖掘幅宽的影响规律:
  ①挖掘深度随着喷射角度30°至60°范围内的增加而减小,随着射流速度10至20m/s范围内的增加而增加。挖掘幅宽随喷射角度和射流速度的增大而增大。当射流速度为20m/s时,能够达到0.43m的挖掘深度,满足莲藕采挖深度的要求。通过颗粒体所受压力情况的分析,当射流速度为20m/s时,不会对莲藕产生损伤或者折断。
  ②通过研究耦合仿真过程中颗粒的运动分析,获取了泥土颗粒的速度矢量图,得到了泥土颗粒最大运动速度与时间、颗粒相总体积与时间、颗粒所受最大压力与时间的变化规律,并对射流冲击泥土的作用机理进行分析。
  ③将仿真试验和台架试验对应参数的挖掘深度和挖掘幅宽进行对比,平均误差分别为9.5%和9.2%,表明流固耦合仿真分析的模型可靠性较高,利用该方法可以有效分析喷嘴参数对挖掘泥土的影响效应。同时还说明离散元与有限元流体动力学的耦合仿真应用在研究射流与泥土相互作用机理方面是可行的。但仿真过程中发现,当仿真时间到达0.4s附近时,射流已经挖掘到0.43m深度位置,与台架试验中挖掘时间与挖掘深度的关系差异较大,故仿真时间不可作为挖掘速度的分析数据。
  (3)借助流体动力学分析射流流场结构,通过射流冲击理论明确射流作用范围的影响机制,建立射流冲击作用范围数学模型。利用CFD仿真分析了不同长径比下的喷嘴流场形态,在喷射角度45°条件下,喷嘴口径分别为17mm、20mm和25mm的动压分布情况的流场结构均类似,其对应的长径比分别为1.71、1.45、1.16。长径比最大的17mm喷嘴产生的流场动压随喷距衰减更慢,即流场集束性更好,这与流场结构分析中的理论一致。并通过测量流场中的流速分布范围,得出了17mm喷嘴的射流近似半径为0.05m。采用CFD流体动力学仿真分析旋转管路在水中直线运动所受水流阻力及流场情况,利用Origin2017数据分析处理软件建立管路在水中直线运动的阻力系数模型,得到旋转管路在水中直线运动的阻力系数为14.95kg/m。
  (4)进行整机结构设计,包括旋转管路、旋转接头、喷头、机架等关键结构。根据流体力学相关理论及EDEM-Fluent耦合仿真分析结论对旋转管路进行优化设计,设计喷嘴结构的关键参数,校核最小口径17mm喷嘴产生的射流冲击力对莲藕表面的压强为0.20MPa,不会对莲藕造成损伤。通过对浮圈的浮力校核及Maple工程数学二分法计算设计具有通用性的机架结构,能够适应0.3-0.5m水深的藕田作业需求。
  (5)运用力学分析方法结合CFD流场分析及流体动力学分析,通过MATLAB软件求解计算建立旋转管路在水中转速的数学模型,明确喷嘴结构参数对旋转管路转速的影响效应。利用运动学分析方法建立旋转管路转速等结构参数与射流单点冲击频次及作用时间的数学模型,得出射流自旋式挖藕机作业前进速度的数学模型,借助动力学分析方法建立旋转管路损耗功率与其水下转速的数学模型。
  (6)结合射流自旋式挖藕机工作机理的理论分析与相关参数数学模型开展样机台架试验和田间试验,通过正交试验得出喷嘴结构的最优参数组合,与理论分析结论一致:
  ①通过双因素试验得到挖掘深度与喷射角度呈负相关,与射流速度呈正相关,挖掘幅宽与喷射角度、射流速度呈正相关。当喷射角度为30°时,挖掘深度最大,浮出率较高。但挖掘幅宽较低,不利于提高莲藕收获效率。当喷嘴口径17mm、喷射角度45°时足以挖掘出泥土深处0.4m的莲藕,且挖掘幅宽较大,此参数为最优喷嘴结构参数。
  ②通过单因素试验分析了喷嘴安装角对挖掘深度、挖掘幅宽及管路转速的影响规律,当喷嘴安装角为外偏角度60°时,具有最大挖掘幅宽1.42m和最大挖掘深度0.419m,实际转速为43r/min,相比其他角度为最低转速,通过计算得到消耗功率为0.085kW。
  ③喷嘴最优结构参数下0.4m挖掘深度所需的单点挖掘时间为1.52s。将试验测得的最优喷嘴口径17mm、喷射角度45°、安装角度60°和单点挖掘时间1.52s,通过理论分析得出的挖藕机前进速度数学模型,计算出挖藕机前进作业速度为0.1m/s。
  ④通过正交试验分析了各因素对响应指标的影响规律,得出的结论与理论分析结论一致。影响挖掘深度的主次顺序为:喷射角度>喷嘴口径>安装角度;影响挖掘幅宽的主次顺序为:喷射角度>安装角度>喷嘴口径。分析了不同泥土坚实度条件下所需的最优参数组合:对于泥土坚实度大于1.6MPa的藕田莲藕水力采挖,宜选用喷射角度30°,以提高挖掘深度;对于泥土坚实度小于1.6MPa的藕田莲藕水力采挖,宜选用喷射角度45°,以提高挖掘幅宽增加挖掘效率。
  ⑤通过样机改进优化,进行田间试验,确认射流自旋式挖藕机的最优结构参数组合和工作参数。射流自旋式挖藕机作业效率为432m2/h。
[硕士论文] 田超超
农业工程 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:当今社会高速发展,能源需求量与日俱增,与之对应出现了各种能源问题。发展提倡节能环保,是时代要求。针对这一发展要求,结合内燃机余热占总的能量输入比重很大,而联合收割机内燃机余热相关利用研究较少,本文主要是研究如何合理高效回收联合收割机内燃机余热的方法。收集到的余热可以用于即时干燥预处理新收获粮食等方面,实现能源的有效利用。研究结果如下:
  (1)为研究联合收割机余热收集问题,本文首先进行了内燃机余热特性试验。余热特性试验在整机LG1504拖拉机上进行,试验分为两组:全负荷变速试验和变负荷六工况试验。试验得到,内燃机缸套循环水温度、流量,尾气温度、流量等余热特性参数。并以此分析得出在不同工况下,内燃机可用余热量的变化情况。在全负荷变速试验下,缸套循环水可用余热量和尾气可用余热量,皆随着发动机转速的降低而降低,其中在2200r/min工况下为最高,分别为76.23kW和31.29kW;在变负荷六工况试验条件下,随着负载的减少,缸套循环水可用余热量和尾气可用余热量也都随之减少,其中满负荷时为最大,分别为75.12kW和28.16kW。
  (2)根据获得的余热特性试验相关参数,建立了采用单种工质收集两种余热和两种不同工质分别回收对应两种余热的数学模型,分析所选四种工况分别为:全负荷变速下的2200r/min和1700r/min两个工况点,变负荷六工况下的100%和50%两个工况点。采用单种工质收集两种余热时选用R152a,R600,R245fa,R123和水这五种工质并进行了热力学性能分析,得出采用单种工质收集两种余热时,相同条件下,R152a,R600和水吸收的余热量最大;采用换热工质R123换热后的温度最高,在所选4个工况内,分别为97℃和101.9℃、89.43℃和101.1℃;而对于相同条件下换热量最大的3种换热工质R152a、R600和水而言,温度变化最大的为换热工质R152a,在所选4个工况内,换热后的温度分别为76.4℃和82.57℃、75.99℃和81.85℃。当采用工质R245fa时,单位换热量所产生的(炯)损最小,分别为0.122kW和0.129kW、0.107kW和0.127kW。采用两种不同工质分别回收两种余热时,选用R152a和R123;R152a和R245fa;R600和R123;R600和R245fa;水和R123;水和R245fa这六组工质组合进行热力学性能分析,其中当采用组合工质R152a和R123分别对应收集内燃机缸套循环水余热和内燃机尾气余热时,在回收相同的余热量时产生的(炯)损最少,在所选四种工况下,分别为14.42kW和16.43kW、11.48kW和16.05kW,且在换热过程中吸收单位热量的(炯)损最低,分别为0.156kW和0.154kW、0.126kW和0.153kW。
  (3)采用数学期望来分析换热工质与热源换热过程重的不可逆热损失,创建换热工质收集对应余热和单种换热工质收集两种不同品位余热的分析模型,并进行相应的数学分析。得出:在收集缸套循环水余热时,保证换热量最大的前提下,R152a在进行换热过程中产生的不可逆热损失最少,R245fa在所选工质中其温度变化和热源之间的平均温度差最小,说明选用R245fa作为换热工质,能达到换热过程中不可逆热损失的最小化。在收集尾气余热时,当选用换热介质R123进行换热时,能达到换热过程中不可逆热损失的最小化。在进行单种工质收集两种不同品位余热时,选用换热介质R152a进行换热时,能达到换热过程中不可逆热损失的最小化。采用数学期望方法得到的换热过程不可逆热损失结果,与采用(炯)损分析所得结果保持一致。
  (4)根据所获得的余热特性参数,以及相应的数学模型理论分析,设计了内燃机余热回收试验台,并以水为换热介质在内燃机余热回收装置上进行了基于余热特性参数的试验。得出:在所选四种工况下,试验所得余热量约占理论值的60%左右,总观理论分析与试验所得数据变化趋势,两者基本趋于一致,说明理论分析结果是可以在一定程度上表示试验过程中的相关变化。收集单种余热的期望值在各个工况下都要高于收集两种余热的期望值。由此可得,选用单种工质直接收集两种品位余热所产生的不可逆热损失要小于分别采用一种工质单独收集对应品位的余热。此结果与理论分析所得结果一致,表明理论分析数据可以为实际试验提供依据。所以为减少换热过程中的不可逆热损失,可以优选使用单种工质收集两种不同品位的余热。
[硕士论文] 王锦涛
农业机械化工程 广西大学 2018(学位年度)
摘要:目前国外已经有成熟的木薯收获机械,但这类机械是针对其国情、木薯种植情况进行设计,对我国的木薯种植情况不适用。2016年之前国内也有一系列的木薯收获机械问世,但这类机械普遍自动化程度较低,需要人工进一步进行捡拾等作业。2016年,广西大学研制出拔起式木薯收获机,该收获机模拟人工拔起,能够较好的实现木薯的拔起过程,收获效果较为满意。但该木薯收获机在试验中暴露出一些问题,严重阻碍了进一步的发展与推广。
  本文针对广西大学原拔起式木薯收获机液压系统发热及拔起速度控制精度较低等问题,先对收获机液压系统、电控系统进行了优化设计,后采用pso算法,对控制器参数进行了优化研究,结合联合仿真方法,验证电液系统以及控制参数的合理性,并且进行了田间试验验证。结果表明,优化后的液压系统发热量大幅度减少,可连续工作时间增长;优化后的电控系统稳定性增加,液压冲击降低;使用PSO算法优化后的参数使控制器控制精度更高,性能更平稳。
[硕士论文] 孙永利
农业工程;农业机械化工程 东北农业大学 2018(学位年度)
摘要:秸秆资源是重要的可再生能源,其具有相当可观的开发和利用价值。近些年来,一方面,畜牧业发展迅速,饲料需求量加大;另一方面,大量农作物秸秆被焚烧,导致环境污染问题严重,出现了大量的雾霾,使得人、牲畜、环境之间的矛盾加剧。因此,秸秆资源的回收和利用具有重要的社会意义和生态意义。目前,国内的打捆机多为弹齿滚筒式,其在捡拾水稻、小麦等长度较短、质地较软的秸秆时性能良好,但是在捡拾玉米、高粱等长度较长、质地较硬的作物秸秆时,传统的打捆机捡拾装置存在强度不够可靠、捆包里秸秆尺寸过、带土量大影响牲畜直接食用的问题,因此,研究和设计适合玉米等硬质作物秸秆的打捆机捡拾装置,解决秸秆尺寸大、带土量大等问题,具有重要的现实意义。
  本文通过对国内外打捆机及捡拾装置研究成果进行分析和总结,设计了一种集捡拾粉碎一体的秸秆打捆机捡拾粉碎装置,对捡拾粉碎装置的关键部件进行了设计,对其作业机理进行了理论分析,对捡拾粉碎装置进行了仿真分析,完成捡拾粉碎装置的田间性能试验。本研究为秸秆打捆机捡拾粉碎装置的应用提供参考。研究主要内容及结论如下:
  (1)对秸秆打捆机捡拾粉碎装置的整体结构及工作原理进行阐述分析,对捡拾粉碎装置进行三维实体建模,确定装置的整体结构和基本参数,对捡拾粉碎部件的材质进行了选型,对主要工作部件的结构和参数进行了设计,对捡拾粉碎装置的作业机理进行了理论分析,为捡拾粉碎装置的设计提供依据。
  (2)为提高秸秆捡拾粉碎打捆机的作业性能,建立锤爪不同排列方案的三维模型,将所设计的不同排列方案的三维装配体导入到ADAMS软件中进行仿真分析,选出最佳的排列方案。
  (3)为检查秸秆打捆机捡拾粉碎装置的可靠性,对T型定刀进行了有限元静力学分析,通过分析应力云图和位移云图,得到总的应力最大值为27.997MPa,远小于其材质65Mn的许用应力(570MPa),可靠性稳定,满足使用要求。对捡拾辊装配体进行了模态分析,得出前6阶固有频率和振型,固有频率范围为89.702~409.68Hz,远大于作业时的激振频率30~33.3Hz,因此机器不会因共振而损坏。
  (4)采用二次回归正交旋转中心组合的试验方案,对秸秆打捆机捡拾粉碎装置进行田间作业试验,分析各试验因素对指标影响规律及最优参数组合。结果表明:各因素对捡拾损失率影响的主次顺序为捡拾辊转速、离地高度、前进速度;对粉碎长度合格率影响的主次顺序为前进速度、捡拾辊转速、离地高度。
  (5)通过Design-Expert8.0.6软件的优化模块,对试验指标的回归模型进行优化求解,得出最优参数组合,即离地高度为160.5mm,捡拾辊转速为2182r/min,前进速度为2.5km/h,相对应的捡拾损失率为0.53%,秸秆粉碎长度合格率为98.37%。对秸秆打捆机装置粉碎装置的最优工作参数进行验证,结果表明:捡拾损失率平均值为1.21%,粉碎长度合格率平均值为97.42%,与优化结果误差不大,满足秸秆打捆机的作业性能要求。
[博士论文] 杨立权
农业机械化工程 河南农业大学 2018(学位年度)
摘要:在一年两熟的黄淮海玉米生产区,含水率高破碎率高是玉米籽粒收获机械化技术发展的重要制约因素。解决这一问题的技术途径分两个方面,其一在育种方面,培育适宜机械化籽粒收获的早熟及快速脱水的品种。其二在玉米收获机械方面,研发适合本区域籽粒直收的玉米收获机械化技术装备。截止2017年黄淮海地区横轴流换割台小麦收获机的保有量在97%以上,如果基于横轴流小麦收获机的脱粒系统架构研发玉米籽粒收获机的脱粒系统,再逆向改进小麦机,将对本区域的收获技术装备产生良好的经济效益。本课题从玉米物料特性和脱粒技术装备两方面着手,分析了国内外相关研究和低损伤收获技术,采用理论分析、仿真模拟和试验验证相结合的方式,开展了玉米生物力学与摩擦学特性试验分析,脱粒动力学与物料分离运动规律研究,建立了一种新型切流横轴流玉米脱粒系统,通过室内试验和田间试验对低损伤玉米籽粒收获开展研究,为玉米机械化低损伤籽粒收获提供了技术基础。本文的主要研究内容如下:
  1.选择代表性的粒收获对照品种进行了玉米籽粒物料特性试验,分析了含水率与籽粒的几何尺寸、体积、千粒重密度和力学特性的变化规律与函数方程。设计了摩擦学特性综合测试装置,通过试验测试,分析了玉米籽粒含水率对静摩擦系数、滚动摩擦系数、滑动摩擦系数、碰撞恢复系数和堆积休止角的影响关系,总结了这些特性参数的变化规律,并得出了常用含水率范围下,摩擦学特性参数的范围,为离散元数值模拟提供了基础数据。并提出了籽粒等效压力的测算方法,为籽粒不同部位的受力损伤提供了统一折算比较的标准方法。提出了玉米品种籽粒机收适应性评价模式及建模方法,为多因素影响下不同品种籽粒机收适应性评价提供了科学依据。结合籽粒受压测试试验,建立玉米籽粒模型,采用有限元软件,模拟了玉米籽粒在挤压过程中的应力、应变和内部损伤的变化规律等。
  2.参考国内外玉米收获脱粒试验技术方法,建立了一种新型的柱齿板齿混排滚筒的切流横轴流玉米脱粒系统及试验平台,采用柱齿板齿混排结构的横轴流滚筒、螺旋柱齿结构的切流滚筒、栅格式高强度凹板筛、带导草板的脱粒室上盖和多功能可调节的上料装置。脱粒系统整体结构模块化设计,可根据需要更换脱粒滚筒等关键零部件或调整技术参数,以便兼顾开展多种谷物脱粒试验研究。为检验试验台机械结构设计的合理性和可靠性,采用ADAMS有限元软件,对切流和轴流滚筒做了动平衡数值模拟,并结合动平衡试验进行了验证;采用ANSYS软件分别对脱粒滚筒、滚筒轴和机架的动力学特性进行了模态分析、强度校核或疲劳分析,验证了机械设计的安全性和结构稳定性,为进行脱粒试验提供了可靠的试验基础条件。
  3.在玉米脱粒试验的基础上,研究了切流横轴流系统物料脱粒分离过程的数学模型、分析了脱粒元件与籽粒的接触碰撞及籽粒遭受脱粒打击时损伤的临界状态;分析了柱齿和板齿脱粒元件与籽粒接触的脱粒动力学过程;采用离散元仿真和高速摄影技术分析验证了脱粒分离过程物料的运动规律;通过对脱粒系统多种工作状态的分析建模和相关阻力系数的求解推导,阐明了脱粒系统/脱粒滚筒运行不平稳的根本原理,为脱粒系统优化设计和提高脱粒作业质量提供了技术方法。
  4.切流横轴流系统脱粒试验表明,柱齿板齿混排结构的横轴流滚筒采用“脱粒、筛分和排杂”三段式结构设计可以优化玉米脱粒过程,补偿横轴流机型脱粒行程短的问题。试验表明切流滚筒的脱粒物质量占比随着含水率的增加而有所减弱,含水率在28%以下,切流滚筒与横轴流滚筒脱粒筛分段的脱粒物质量占比几乎相当;当含水率高于28%,切流滚筒的脱粒物质量占比下降明显,在较高含水率玉米籽粒收获时可以通过调控切流和横轴流的脱粒质量占比来充分发挥脱粒系统的脱粒能力。在优化切流-横轴流机型脱粒系统结构设计时,要切流、横轴流并重,才能有效降低破碎率,提高收获作业质量。
  5.混排滚筒的切流横轴流脱粒系统脱粒试验表明,滚筒线速度和含水率是影响脱粒破碎率的最关键因素,其次是喂入量和脱粒间隙,试验得出的最佳脱粒参数组合为:横轴流滚筒线速度5.84~17.28m/s,含水率24%~26%,喂入量2.6~3.0kg/s,脱粒间隙34~36mm。同等条件下,柱齿板齿混排结构滚筒的脱粒系统对含水率在28%以上玉米果穗的脱粒能力和适应性要高于传统全柱齿滚筒结构的脱粒系统。在满足国标规定的籽粒破碎率方面,柱齿板齿混排滚筒比传统全柱齿滚筒有着更为宽广的含水率适用范围和线速度适用范围。
  6.针对玉米籽粒的离散元建模,提出了基于三维扫描玉米籽粒,再抽壳填充的高效精确建模方法,相对于常规方式的颗粒坐标建模,不仅大幅提高了计算效率,而且试验误差与实际玉米堆积角试验相比仅为4.45%,为不规则农作物物料离散元仿真提供了一种高效、精确建模方法。并通过离散元模拟试验分析了物料在脱粒室内的运动情况,与籽粒运动状态的分析模型有较好的印证,对后续脱粒试验起到了指导作用。
  7.采用高速摄影技术观测脱粒室内物料运动过程,对籽粒、碎轴芯的运动姿态、规律和承受打击加速分离过程有了更深刻的直观认识,对物料运动的理论建模分析和物料运动离散元模拟进行了较好的印证,为脱粒系统优化设计提供了技术方法。
  8.田间籽粒收获试验验证了柱齿板齿混排滚筒的横轴流脱粒系统机收破碎率指标和最优组合结果的合理性,在大幅度增加喂入量的情况下,籽粒破碎率最高3.9%,含杂率最高0.7%,表明了该脱粒系统不仅性能较好,还具备一定的技术潜力。多品种机收试验表明了该系统对其他籽粒直收品种的适应性较好,在相同机收条件下,三个品种测试的平均破碎率、含杂率分别比传统脱粒系统降低了40.5%、33.1%,表明了本课题设计柱齿板齿混排滚筒的横轴流脱粒系统比传统的全柱齿脱粒系统具有明显的技术优势。
[硕士论文] 伍渊远
机械工程 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:随着饮食习惯与膳食结构的变化人们对芹菜的需求量也不断增大。但现阶段主要依靠人工完成芹菜收获的方式已不能满足芹菜种植业的未来发展。且国家政策对现代农业的发展提出了更高要求,故设计一款适用于温室的芹菜收获机对提高芹菜收获效率和深化推进农业装备创新发展皆有重要意义。
  本文首先对芹菜的物理特性与设施芹菜种植技术进行研究,然后结合国内外对常见叶菜收获机设计经验与实际情况分别研究对比了动力装置、行走装置、夹持输送装置、切割装置与导航参数智能识别技术,依此确定了温室芹菜机械化收获流程与整机总体方案,并利用三维设计软件完成了整机的三维建模及工程图。主要内容为:设计了一种高度可调的往复式切割装置;设计了一种可实现芹菜有序收获的夹持输送装置,并通过对芹菜有序收获过程中芹菜的运动进行理论分析确定了夹持输送带最佳输送速度;完成了温室用橡胶履带底盘的设计和底盘电驱系统核心部件的选型;研究了一种适用于温室芹菜收获机自动识别导航参数的视觉识别算法,为实现整机的智能控制提供了基础;最后利用ANASYS Workbench对芹菜脱离夹持输送装置后的运动过程进行了仿真分析,验证了芹菜转向过程中挡杆机构设计的合理性。
  设计的温室芹菜收获机不仅有助于加快实现我国芹菜生产的机械化、智能化,而且为我国温室用芹菜收获机的设计提供了一定的经验,同时,也为芹菜收获机自动识别导航参数提供了技术支持。
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