油葵联合收获机脱粒装置的设计与试验研究

作     者：马少腾 

作者单位：新疆农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张学军

授予年度：2021年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：油葵 破损机理 联合收获机 脱粒装置 脱粒滚筒 脱粒试验 

摘      要：为了有效地提高油葵籽粒的产量和保障农户的经济效益,针对目前国内油葵联合收获机脱粒装置存在油葵脱净率低、籽粒破损率大等问题,本文在总结国内外油葵联合收获机械研究现状的基础上,结合我国国情以及油葵种植的农艺要求,设计研发一种基于油葵联合收获机的脱粒装置。通过对油葵物料学特性的研究,提出油葵联合收获机脱粒装置的整体设计方案。以油葵脱粒装置的关键部件为研究对象,开展关键部件设计、仿真分析、样机制作以及试验研究。主要研究内容如下:(1)开展了油葵盘及其籽粒的物料学特性测定与籽粒破损机理的研究。选取“油葵5号和“矮大头DW667两种油葵品种作为试验样品,测定几何特性,得出两种油葵籽粒的长度与宽度的比值分别约为2.34和2.32,可把油葵籽粒的模型简化为椭球体。对油葵籽粒做压缩性能试验,结果表明:油葵籽粒含水率高时表现为高弹性、含水率低时表现为高脆性,容易破裂,含水率在17%时,先发生弹性变形然后发生塑性变形,此时最大破裂力达到极值。(2)开展了油葵联合收获机脱粒装置关键部件的设计。根据农艺要求和前期研究,设计了一种基于4LZK-2.5Z型油葵联合收获机的油葵脱粒装置,阐明了该装置的整体作业特性和基本技术参数。基于赫兹理论,对籽粒做破损机理的理论研究,得出结论:当脱粒元件与油葵籽粒在接触碰撞时,接触区域内法向方向中最大最小曲率半径越大,形成机械应力裂纹破损的临界速度也越大,那么籽粒破损的可能性越小,并选择纹杆作为脱粒元件。此外,进行脱粒滚筒、凹板筛以及顶盖的结构设计和分析计算,得到脱粒滚筒直径为640mm、脱粒滚筒总长为2041mm、滚筒转速范围为208～418r/min、脱粒间隙为12～42mm、同时设计出脱粒段中3种幅盘形式分别安装6根、4根、3根杆齿;通过静力学以及模态分析得出设计的脱粒滚筒强度满足使用要求并符合油葵联合收获机安全作业的条件。从油葵籽粒的分离效果与经济性考虑选择栅格式凹板筛,设计包角为180°。根据油葵运动特性,得到顶盖的结构参数,即螺旋叶片的升角为20°、高度为35mm、叶片间距为150mm以及螺旋叶片数量为11个。(3)开展了油葵联合收获机脱粒装置的田间试验。进一步通过田间单因素试验确定试验因子的取值范围,得出脱粒滚筒转速为240～360r/min,脱粒间隙范围为18～30mm。选择以齿杆根数、脱粒滚筒转速、脱粒间隙为试验因子,以油葵盘脱净率和籽粒破损率为试验指标,开展田间正交试验。得出较优组合并进行田间验证试验,即当齿杆根数为4根、滚筒转速为300r/min、脱粒间隙为24mm时,油葵盘平均脱净率为98.16%,籽粒平均破损率为1.92%,满足油葵联合收获机田间作业要求。