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基于联合收获机平台的覆秸式油菜联合播种机研制

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农业工程学报 2024年第9期40卷 15-25页

作者：康艳廖庆喜林建新韩静轩万星宇张青松华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对长江中下游稻油轮作区水稻收获后留茬高、传统旋耕装置秸秆还田能力不足导致油菜成苗率不高等问题,该研究设计了一种基于联合收获机平台的覆秸式油菜联合播种机。为提高机具通过性,结合曲柄滑块机构运动原理,根据运动学分析对悬挂... 详细信息

针对长江中下游稻油轮作区水稻收获后留茬高、传统旋耕装置秸秆还田能力不足导致油菜成苗率不高等问题,该研究设计了一种基于联合收获机平台的覆秸式油菜联合播种机。为提高机具通过性,结合曲柄滑块机构运动原理,根据运动学分析对悬挂装置结构进行改进,增大后悬挂装置离地间隙;为实现秸秆覆盖还田,基于联合收获机脱粒装置结构特点增设秸秆粉碎侧抛装置,对秸秆粉碎和抛送过程开展动力学和运动学分析,确定了秸秆粉碎和铺放质量的影响因素。以机具前进速度、发动机动力输出转速为试验因素,以碎土率、厢面平整度、秸秆粉碎合格率和秸秆铺放均匀性为试验指标,开展单因素试验与二因素三水平中心复合试验,得到各因素对试验指标的影响规律及响应面模型。试验结果表明,前进速度和发动机动力输出转速对种床质量及秸秆粉碎铺放效果均影响显著(P<0.05),在前进速度2.89 km/h、发动机动力输出转速2210 r/min时碎土率为85.65%,厢面平整度为20.06 mm,秸秆粉碎合格率为90.31%,秸秆铺放均匀性为89.33%,机具作业效果较优。对优化后的作业参数进行圆整并开展验证试验,结果表明,在前进速度3 km/h、发动机动力输出转速2200 r/min时,碎土率为85.69%,厢面平整度为21.32 mm,秸秆粉碎合格率为89.35%,秸秆铺放均匀性为88.07%,与理论值的偏差分别为0.04个百分点、1.26 mm、0.96和1.26个百分点。研究结果可为油菜机械化播种和一机多用提供新思路。

关键词：联合收获机播种机油菜覆秸中心复合试验

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油菜薹对行自走式收获机设计与试验

农业机械学报 2024年

作者：单伊尹廖庆喜万星宇袁佳诚陈磊廖宜涛华中农业大学工学院农业农村部长江中下游农业装备重点实验室

针对我国双低油菜“油蔬两用”多功能开发与利用过程中，油菜薹人工收获效率低、成本高且机械化收获技术与装备缺乏的问题，提出了集低茬双动切割、柔性夹持输送、抛送铺放、横向输送、集箱等环节的油菜薹机械化对行收获工艺方案，并在... 详细信息

针对我国双低油菜“油蔬两用”多功能开发与利用过程中，油菜薹人工收获效率低、成本高且机械化收获技术与装备缺乏的问题，提出了集低茬双动切割、柔性夹持输送、抛送铺放、横向输送、集箱等环节的油菜薹机械化对行收获工艺方案，并在分析油菜薹种植农艺与机械化收获要求的基础上，设计了油菜薹对行自走式收获机。阐述了整机结构与工作原理，开展了切割装置、夹持输送装置、横向输送装置等关键部件的结构设计与理论分析，结合油菜薹沿输送路径迁移的几何与运动学条件确定了收获机主要结构参数与工作参数。田间试验结果表明，刀机速比系数为0.8、夹持输送速度为0.37 m/s、横向输送速度为0.5 m/s时，收获作业过程中无漏割，夹持输送成功率为93.69%、作业损伤率为7.4%、作业生产率达0.17hm2/h，收获机各关键部件运行较稳定，可一次性实现切割、夹持输送、横向输送、集箱等工序，各项性能指标满足油菜薹机械化收获作业要求。该研究可为茎秆类蔬菜机械化收获装备设计与改进优化提供新的途径。

关键词：油菜薹对行收获机往复式切割夹持输送横向输送

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油菜联合收获机滚筒筛式复清装置设计与试验

农业机械学报 2022年第9期53卷 99-108页

作者：袁佳诚杨佳万星宇廖宜涛廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构... 详细信息

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构参数与运行参数范围;以滚筒筛式复清装置的损失率、清洁率及筛分效率为评价指标,以滚筒筛转速、筛网内助流螺旋叶片螺距和筛孔直径为影响因素,基于EDEM开展了三因素三水平正交试验,确定了最佳参数组合,并利用收获关键部件试验台开展了验证试验。仿真结果表明:当喂入量为0.6 kg/s时,滚筒筛式复清装置的较优参数组合为筛孔直径5 mm、滚筒筛转速105 r/min、筛网内助流螺旋叶片螺距250 mm,此时滚筒筛式复清装置损失率为0.92%、清洁率为98.96%、筛分效率为95.12%。台架验证试验表明,带有滚筒筛式复清装置的清选系统工作顺畅,在最佳参数组合条件下,滚筒筛式复清装置的损失率为0.96%、清洁率为98.67%、筛分效率为95.36%,对比未增加滚筒筛式复清装置前清洁率提升了4.38个百分点。研究可为油菜联合收获机清选装置结构改进和优化提供参考。

关键词：油菜联合收获机清选系统复清装置滚筒筛 EDEM

高地隙履带自走式中间条铺油菜割晒机设计与试验

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农业机械学报 2022年第9期53卷 109-121页

作者：万星宇舒彩霞廖庆喜樊伟周启凡廖宜涛华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对常规油菜割晒机结构复杂,对长江中下游地区油菜种植需开畦作沟、小田块间沟梗交错等适应性不足,作业参数对铺放质量的影响关系不明确,导致机具通过性和铺放质量有待提高等问题,设计了一种高地隙履带自走式中间条铺油菜割晒机,开展... 详细信息

针对常规油菜割晒机结构复杂,对长江中下游地区油菜种植需开畦作沟、小田块间沟梗交错等适应性不足,作业参数对铺放质量的影响关系不明确,导致机具通过性和铺放质量有待提高等问题,设计了一种高地隙履带自走式中间条铺油菜割晒机,开展了高地隙履带式动力底盘、横向输送装置、切割系统、液压驱动系统等的设计与选型,结合油菜栽培农艺开展了中间植株与两侧植株的铺放过程分析,明确了直接与间接影响铺放质量的植株参数、割晒机技术参数与栽培农艺要求。为验证整机性能,开展了机具通过性能试验与田间试验。性能试验结果表明:割晒机在硬质路面与松软土壤条件下直行平均偏移程度分别为0.73%和1.28%,单边制动条件下平均转弯半径分别为1.91 m和2.03 m,上下斜坡、翻越田埂、跨越畦沟过程较为平稳。田间试验结果表明:当机组前进速度为0.7 m/s、拨禾轮转速为30 r/min、横向输送装置转速为240 r/min、割刀曲柄转速为320 r/min时,收获绿熟期油菜的平均铺放宽度与平均铺放高度分别为968.7 mm和389.4 mm,平均铺放角为13.3°,上下层铺放角度差为3.5°;收获黄熟期油菜的平均铺放宽度与平均铺放高度分别为956.8 mm和468.3 mm,平均铺放角为13.6°,上下层铺放角度差为4.4°;收获不同成熟期油菜的铺放质量基本满足实际生产需求,履带式动力底盘左右两侧对厢面碾压程度基本一致,整机左右质量分配相对合理。

关键词：油菜割晒机高地隙履带自走式

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

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农业工程学报 2022年第9期38卷 34-43页

作者：舒彩霞杨佳万星宇袁佳诚廖宜涛廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,... 详细信息

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明:显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明:旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。

关键词：参数试验油菜联合收获 DEM-CFD 旋风分离清选

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油麦兼用型气送式集排器混种部件设计与试验

农业机械学报 2022年第2期53卷 68-79,97页

作者：王磊廖宜涛万星宇王宝山胡乔磊廖庆喜华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油麦兼用型气送式集排器排种过程中混种部件内压力梯度变化方向与种子输送方向不匹配,造成种子倒流和逆流,降低集排器各行排量一致性的问题,设计了一种基于文丘里原理的混种部件,确定了文丘里混种室和输种管的主要结构及关键参数,... 详细信息

针对油麦兼用型气送式集排器排种过程中混种部件内压力梯度变化方向与种子输送方向不匹配,造成种子倒流和逆流,降低集排器各行排量一致性的问题,设计了一种基于文丘里原理的混种部件,确定了文丘里混种室和输种管的主要结构及关键参数,分析了输送气流速度、种子速度、混种部件结构对总压力损失的影响。应用DEMCFD耦合仿真对比分析了3种输种管与2种文丘里混种室组合的6种结构混种部件对种子迁移轨迹、输送气流压力分布及输种性能的影响,结果表明:加速混合段的文丘里混种室与弯管接头的输种管组合的混种部件输种性能较优,输种管垂直管段内油菜和小麦各区域种量一致性变异系数分别为9.63%和13.43%。利用智能种植机械测试平台开展较优组合的混种部件对排种性能影响试验,结果表明:油菜种子倒流率低于3.2%,无种子逆流,小麦种子无倒流和逆流;油菜和小麦各行排量一致性变异系数分别低于5%和3.9%,总排量稳定性变异系数分别低于1.15%和1.35%,满足油菜和小麦排种性能要求,可为气送式集排器混种部件的结构改进提供参考。

关键词：油麦兼用气送式集排器混种部件文丘里混种室 DEMCFD

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气力机械组合式藜蒿脱叶机设计与试验

农业机械学报 2023年第8期54卷 132-142页

作者：万星宇武安阳廖庆喜马国庆李运通廖宜涛华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

藜蒿是我国特色蔬菜,可食部为茎秆与顶部嫩叶,因茎秆鲜嫩易折、径向叶片多且易相互缠绕,售前脱叶工序难度大,仍以人工脱叶为主。针对藜蒿脱叶装备匮乏,人工劳动强度大、成本高等问题,在统计分析藜蒿植株特性的基础上,设计了一种气力机... 详细信息

藜蒿是我国特色蔬菜,可食部为茎秆与顶部嫩叶,因茎秆鲜嫩易折、径向叶片多且易相互缠绕,售前脱叶工序难度大,仍以人工脱叶为主。针对藜蒿脱叶装备匮乏,人工劳动强度大、成本高等问题,在统计分析藜蒿植株特性的基础上,设计了一种气力机械组合式藜蒿脱叶机,通过吸叶滚筒气力吸附引导、脱叶辊机械拉拽脱叶实现藜蒿茎叶的有效分离。统计分析了藜蒿外形几何参数,测试了叶片顺向、垂直、逆向拉拽的抗拉力,明确采用逆向拉拽脱叶方式;开展了吸叶滚筒、脱叶辊等关键部件结构参数和运行参数分析,基于CFD模拟了吸叶滚筒气流场状态,结合仿真正交试验确定了吸孔轴向间距为10 mm,周向分布夹角为10°,有效孔个数为121个,吸孔直径为4 mm、深度为4 mm,脱叶辊相对高度为30 mm;以吸叶滚筒转速、脱叶辊转速和夹持喂入速度为试验因素,以脱叶率和断叶率为评价指标,开展了二次回归正交试验,建立了脱叶率、断叶率与各试验因素之间的回归数学模型,求解得到最佳参数组合为吸叶滚筒转速77 r/min、脱叶辊转速65 r/min、喂入速度40 mm/s;在最佳参数组合条件下,藜蒿脱叶机的脱叶率与断叶率分别为94.32%和12.93%,单辊作业效率可达12.3 kg/h,满足藜蒿脱叶技术要求。

关键词：藜蒿脱叶机气力吸附机械拉拽

油菜联合收获导流式双筒旋风分离清选装置设计与试验

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吉林大学学报(工学版) 2022年

作者：舒彩霞杨佳廖庆喜万星宇袁佳诚农业农村部长江中下游农业装备重点实验室华中农业大学工学院

针对油菜联合收获旋风分离清选装置损失率较高、清洁率有待提升的问题，研制了具有导流、二次沉降作用的导流式双筒旋风分离清选装置。通过分析计算确定了旋风分离筒结构参数，基于静力学与运动学分析了油菜籽粒在导流式旋风分离筒内部... 详细信息

针对油菜联合收获旋风分离清选装置损失率较高、清洁率有待提升的问题，研制了具有导流、二次沉降作用的导流式双筒旋风分离清选装置。通过分析计算确定了旋风分离筒结构参数，基于静力学与运动学分析了油菜籽粒在导流式旋风分离筒内部气流场中迁移过程，建立了清选筒内油菜籽粒运动微分方程组，确定了外张型无轴螺旋叶片与二次沉降筒的结构参数范围，明确了影响旋风分离清选装置清选性能的主要因素，基于DEM-CFD验证了所设计结构的合理性并对导流式双筒旋风分离清选装置内部气流速度进行了验证。采用单因素试验与二次旋转正交组合试验研究了清选装置喂入量、抛扬机转速、吸杂风机转速对旋风分离清选装置清选性能的影响，并构建了油菜籽粒清洁率、损失率与清选装置喂入量、抛扬机转速、吸杂风机转速的回归方程，通过优化得出了最佳参数组合。试验结果表明：喂入量在0.6～1.0 kg/s，抛扬机转速为550～750 r/min，吸杂风机转速为1400～1800 r/min时，清选性能较好。最佳参数组合为喂入量0.71 kg/s、抛扬机转速616 r/min、吸杂风机转速1667 r/min；田间试验表明：旋风分离清选装置清洁率为92.39%，损失率为4.80%。

关键词：农业机械化工程油菜联合收获旋风分离螺旋导流二次沉降 DEM-CFD

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龙门式电驱动油菜薹收获机设计与试验

农业机械学报 2022年第12期53卷 147-159页

作者：廖宜涛李运通万星宇廖庆喜单伊尹蒙哲靖华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

针对油菜薹机械化收获装备匮乏的问题,设计了一种龙门式电驱动油菜薹收获机,实现油菜薹切割、夹抛、输送、收集、跨厢面遥控自走功能。阐述了收获机整机设计方案,设计了立式回转夹抛切割装置,确定了分禾器、割刀和夹抛辊结构参数;通过... 详细信息

针对油菜薹机械化收获装备匮乏的问题,设计了一种龙门式电驱动油菜薹收获机,实现油菜薹切割、夹抛、输送、收集、跨厢面遥控自走功能。阐述了收获机整机设计方案,设计了立式回转夹抛切割装置,确定了分禾器、割刀和夹抛辊结构参数;通过割台夹抛过程力学与运动学分析,明确了油菜薹切割、夹抛输送作业影响因素,确定了割刀、夹抛辊结构和运动学要求;搭建油菜薹收获试验台,以切割效果、输送效果为评价指标开展单因素试验和正交试验,结果表明当割刀转速为234 r/min、夹抛辊转速为120 r/min、喂入速度(机具前进速度)为0.56 m/s时综合收获效果最佳。田间收获验证试验表明,设计的收获机作业效率可达到0.41 hm2/h,综合切割效果为95.6%,综合输送效果为95.2%,满足油菜薹收获要求。该研究可为油菜薹机械化收获装备的结构设计优化提供参考。

关键词：油菜薹收获机龙门式底盘回转割刀夹抛辊田间试验