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蒜薹采摘机设计与关键部件的试验研究

蒜薹采摘机设计与关键部件的试验研究

作者：卢富运河南科技大学

学位级别：硕士

我国大蒜种植面积居世界首位。蒜薹是大蒜的花茎,营养保健价值较高。蒜薹采摘是大蒜收获的必要过程之一。由于要确保蒜薹采收质量和避免蒜株损伤,造成蒜薹的采收要求很高,目前蒜薹机械化收获水平较低,严重阻碍了大蒜和蒜薹产业的发展。... 详细信息

我国大蒜种植面积居世界首位。蒜薹是大蒜的花茎,营养保健价值较高。蒜薹采摘是大蒜收获的必要过程之一。由于要确保蒜薹采收质量和避免蒜株损伤,造成蒜薹的采收要求很高,目前蒜薹机械化收获水平较低,严重阻碍了大蒜和蒜薹产业的发展。本文基于人工采摘蒜薹的原理,结合蒜薹的生物学特性,研制了一种蒜薹采摘机,其能够连续性地完成蒜薹采摘作业。对蒜薹采摘机进行了室内台架试验及田间试验,优化了整机作业参数,提高了整机采摘性能。完成的主要工作如下:(1)对蒜薹的物理力学特性进行研究。试验材料选用大蒜品种为徐蒜918,测量统计了蒜薹及大蒜植株的几何尺寸、关键点距地高度、叶数和含水率等参数,使用质构仪对蒜薹进行压缩、拉伸和剪切试验,探索蒜薹不同部位所能承受极限载荷的分布规律,为后续装置结构参数的确定提供依据。(2)确定蒜薹采摘机的理论设计依据。对四种人工采摘蒜薹方法(铲薹法、剖茎取薹法、夹薹法和扎薹法)进行优缺点分析,最终选择剖茎取薹法作为采摘机械的理论设计依据,该方法的抽薹过程可以简单归纳为三个步骤:划茎、扎薹和抽薹。相比其它三种抽薹方法,剖茎取薹法将蒜茎划开,抽薹阻力小;划茎方向与抽薹方向相同,符合机械连续性作业条件。(3)蒜薹采摘机的结构设计。结合大蒜种植特殊农艺要求:株距为100mm、行距为200mm,设计蒜薹采摘机的结构。主要对划茎夹薹装置和拔薹装置的机械结构进行设计,确定其结构运动参数,并对关键部件进行运动学及力学分析,要求整机能够连续可靠地完成蒜薹采摘作业。(4)采用有限元分析的方法,对硅橡胶板的夹薹过程进行研究,探索合适的夹薹间隙。通过质构仪及相关试验仪器测量计算硅橡胶和蒜薹的物理特性参数,通过ANSYS软件模拟仿真了硅橡胶板的夹薹过程。在确保蒜薹不被夹裂的前提下,蒜薹所受的夹紧力越大越好,可以增加蒜薹被拔出的可能性,根据这些探索合适的夹薹间隙。(5)开展蒜薹采摘机室内台架试验及田间试验,优化作业参数。在室内搭建的试验台上,对蒜薹采摘机进行了三元二次正交旋转组合试验,得到各因素对各指标影响的显著性及因素间交互作用对各指标的影响规律。采用DesignExpert软件进行数学模型优化,得到了各因素最佳参数组合,对该组合取整后进行田间试验,试验结果为:成功拔薹率、拔薹损伤率和留叶合格率分别为90%、22%和75%,与最优参数组合预测值接近,各指标满足设计要求。

关键词：蒜薹采摘机带针链条夹盘机械夹手

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盐热联合示踪表征薄层水流剖面流速分布

农业工程学报 2024年

作者：卢富运余方潜陈杨武阳王伟中国农业大学工学院北京市农林科学院林业果树研究所

坡面薄层水流流速是重要的水动力学参数之一，研究其分布规律对于理解坡面土壤侵蚀机理具有重要意义。该研究采用盐与热联合示踪的方法，对不同粗糙下垫面的坡面薄层水流流速进行测量，探究下垫面对薄层水流剖面流速分布的作用规律。在... 详细信息

坡面薄层水流流速是重要的水动力学参数之一，研究其分布规律对于理解坡面土壤侵蚀机理具有重要意义。该研究采用盐与热联合示踪的方法，对不同粗糙下垫面的坡面薄层水流流速进行测量，探究下垫面对薄层水流剖面流速分布的作用规律。在3种坡度(5°、10°和20°)下，以下垫面条件(有机玻璃、80目即0.16 mm砂纸和24目即0.53 mm砂纸)、流量(2、5和8 L/min)和示踪剂类型(盐和热)为试验因素，以每个坡长(2、3和4 m)处的水流流速为试验指标进行多因素间的完全试验。结果表明，当下垫面一定，水深为粗糙高度的2～4倍，且水流为层流流态时，盐与热联合示踪的方法可用于表征薄层水流的剖面流速分布；下垫面粗糙高度和水深对薄层水流剖面流速分布具有显著影响(P<0.05)。3种垫面下，2种示踪剂测得流速具有显著的线性相关关系，其线性拟合直线斜率分别为1.015、1.094和1.078，决定系数R2分别为0.892、0.824和0.760。随下垫面粗糙度增加，2种示踪剂测得流速差异呈增大的趋势；床面粗糙高度的增加，加大了对水流的扰动作用，增加了水流的紊动程度，进而影响盐与热2种示踪剂测量水流流速差异性。研究结果可为进一步理解坡面薄层水流的动力过程提供参考。

关键词：流速流量坡面粗糙度薄层水流盐示踪热示踪下垫面

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基于人工抽薹原理的蒜薹采摘机设计与试验

农业机械学报 2021年第11期52卷 115-124页

作者：耿令新卢富运张利娟李洋王恒一河南科技大学农业装备工程学院洛阳471003 河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003

针对目前我国蒜薹采摘机械化程度低的问题,本文基于传统人工采摘蒜薹的原理,设计一种蒜薹采摘机,通过划茎夹薹装置完成大蒜植株的划茎及将蒜薹从底部夹断的过程,通过拔薹装置完成蒜薹的拔出与输送过程。根据蒜薹及大蒜植株的物理特性参... 详细信息

针对目前我国蒜薹采摘机械化程度低的问题,本文基于传统人工采摘蒜薹的原理,设计一种蒜薹采摘机,通过划茎夹薹装置完成大蒜植株的划茎及将蒜薹从底部夹断的过程,通过拔薹装置完成蒜薹的拔出与输送过程。根据蒜薹及大蒜植株的物理特性参数,对划茎夹薹装置和拔薹装置的结构进行设计;通过理论分析,确定了机器前进速度与关键部件转速的关系;对硅橡胶板夹薹过程进行ANSYS仿真分析,确定了夹薹间隙为2 mm。选取针链间隙、滚筒转速和夹手闭合起始角为试验因素,成功拔薹率、拔薹损伤率和留叶合格率为试验指标,进行了三元二次正交旋转组合试验。结果表明:当针链间隙为3.92 mm、滚筒转速为48.32 r/min和夹手闭合起始角为78.53°时,成功拔薹率、拔薹损伤率和留叶合格率分别为89.10%、20.55%和77.34%。

关键词：蒜薹采摘机带针链条夹盘机械夹手

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燕麦差速双层圆筒筛清选装置设计与试验

中国农机化学报 2024年第10期45卷 106-113页

作者：张春伟卢富运耿令新洛阳职业技术学院机电工程学院河南洛阳471032 河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003

针对燕麦联合收获机风机-双层平面振动筛清选装置因脱出物湿度大、含杂率高、易造成筛间堵塞等问题,根据燕麦的物理特性设计一种与离心风机配合使用的差速双层圆筒筛清选装置。该装置通过两层圆筒筛网的差速反转减轻两筛间的堵塞现象,... 详细信息

针对燕麦联合收获机风机-双层平面振动筛清选装置因脱出物湿度大、含杂率高、易造成筛间堵塞等问题,根据燕麦的物理特性设计一种与离心风机配合使用的差速双层圆筒筛清选装置。该装置通过两层圆筒筛网的差速反转减轻两筛间的堵塞现象,采用筛内助流装置提高作业效率。深入分析燕麦在圆筒筛中的动态运动特性,对双层圆筒筛的结构进行设计。在对圆筒筛转速、有效筛分面积、助流装置参数进行详细分析计算基础上,以坝莜1号燕麦品种为研究对象,选取圆筒筛倾角、圆筒筛转速和风机转速为试验因素,籽粒含杂率和清选损失率为试验指标,进行三元二次正交旋转组合试验。结果表明:当圆筒筛倾角为3°、圆筒筛转速为51 r/min、风机转速为1403 r/min时,籽粒含杂率和清选损失率分别为2.15%和1.54%。该研究优化双层圆筒筛的结构,提高圆筒筛的清选性能,为燕麦联合收获机清选装置设计提供理论参考。

关键词：燕麦差速双层圆筒筛清选装置联合收获机

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基于红外视觉的点源土壤入渗性能自动测量方法改进

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农业工程学报 2023年第22期39卷 85-93页

作者：王伟程晓磊庄晓晖武阳卢富运余方潜中国农业大学工学院北京100083 农业农村部农业机械化总站北京100122 天津农学院水利工程学院天津300392 北京市农林科学院林业果树研究所北京100093

土壤入渗性能指标是农业及其他近地表水文等相关研究领域的关键参数,对其进行快速准确的测量对水资源高效利用具有重要的理论及研究意义。为实现地表有覆盖物时土壤入渗性能的自动精准测量,该研究提出了一种利用热红外成像技术对点源土... 详细信息

土壤入渗性能指标是农业及其他近地表水文等相关研究领域的关键参数,对其进行快速准确的测量对水资源高效利用具有重要的理论及研究意义。为实现地表有覆盖物时土壤入渗性能的自动精准测量,该研究提出了一种利用热红外成像技术对点源土壤入渗性能测量方法的改进方案,设计并构建了对应的测量系统。采用红外热像仪获取地表湿润面积随时间的推进过程,构建了地表湿润面积提取算法,定义了土壤入渗性能曲线的形状基函数,根据水量平衡原理对曲线配位,并建立了土壤入渗性能模型。室内试验设置了土壤类型(粉壤土和砂壤土)、地表坡度(0°、5°和8°)和覆盖度(20%、40%、50%、60%、65%、70%、75%和80%)3个因素;在自然植被覆盖条件下进行了田间验证试验。结果表明,坡度和土壤类型对地表湿润面积识别影响不显著;当轮廓覆盖度小于60%时,采用本文的算法,地表湿润面积识别误差在5%左右,可满足土壤入渗性能的测量要求。室内及田间入渗性能测量试验的水量平衡误差均在2%以下,表明土壤入渗性能测量模型精度较高。该研究提出的方法操作方便,测量精度高,为实现野外地表有覆盖物的复杂环境下原位测量土壤入渗性能提供了可靠途径。

关键词：土壤入渗设计红外图像点源入渗形状基函数水量平衡

基于红外视觉的点源土壤入渗性能自动测量方法改进

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农业工程学报 2024年

作者：王伟程晓磊庄晓晖武阳卢富运余方潜中国农业大学工学院农业农村部农业机械化总站天津农学院水利工程学院北京市农林科学院林业果树研究所

土壤入渗性能指标是农业及其他近地表水文等相关研究领域的关键参数，对其进行快速准确的测量对水资源高效利用具有重要的理论及研究意义。为实现地表有覆盖物时土壤入渗性能的自动精准测量，该研究提出了一种利用热红外成像技术对点源... 详细信息

土壤入渗性能指标是农业及其他近地表水文等相关研究领域的关键参数，对其进行快速准确的测量对水资源高效利用具有重要的理论及研究意义。为实现地表有覆盖物时土壤入渗性能的自动精准测量，该研究提出了一种利用热红外成像技术对点源土壤入渗性能测量方法的改进方案，设计并构建了对应的测量系统。采用红外热像仪获取地表湿润面积随时间的推进过程，构建了地表湿润面积提取算法，定义了土壤入渗性能曲线的形状基函数，根据水量平衡原理对曲线配位，并建立了土壤入渗性能模型。室内试验设置了土壤类型（粉壤土和砂壤土）、地表坡度（0°、5°和8°）和覆盖度（20%、40%、50%、60%、65%、70%、75%和80%）3个因素；在自然植被覆盖条件下进行了田间验证试验。结果表明，坡度和土壤类型对地表湿润面积识别影响不显著；当轮廓覆盖度小于60%时，采用本文的算法，地表湿润面积识别误差在5%左右，可满足土壤入渗性能的测量要求。室内及田间入渗性能测量试验的水量平衡误差均在2%以下，表明土壤入渗性能测量模型精度较高。该研究提出的方法操作方便，测量精度高，为实现野外地表有覆盖物的复杂环境下原位测量土壤入渗性能提供了可靠途径。

关键词：土壤入渗设计红外图像点源入渗形状基函数水量平衡

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横轴流燕麦柔性脱粒分离装置设计与试验

干旱地区农业研究 2022年第3期40卷 248-254页

作者：耿令新卢富运孙成龙左杰文李洋王恒一河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003

针对我国燕麦机械化脱粒时脱出物含杂率高、夹带损失率大等问题,本研究设计了一种横轴流柔性脱粒分离装置,通过减少茎秆破碎来降低含杂率,并通过柔性脱粒杆齿的振动来减小夹带损失。选取柔性杆齿长A、柔性杆齿直径B、柔性杆齿间距C和滚... 详细信息

针对我国燕麦机械化脱粒时脱出物含杂率高、夹带损失率大等问题,本研究设计了一种横轴流柔性脱粒分离装置,通过减少茎秆破碎来降低含杂率,并通过柔性脱粒杆齿的振动来减小夹带损失。选取柔性杆齿长A、柔性杆齿直径B、柔性杆齿间距C和滚筒转速D为试验控制因素,以含杂率和损失率为试验指标,进行正交试验,得到了影响该装置脱粒性能指标的因素主次为D、B、A、C。在正交试验基础上,选取对该装置脱粒性能指标影响较强的2个因素进行回归分析,试验结果表明:当滚筒转速为1048 r·min^(-1)、柔性杆齿直径为7.5 mm时,本装置的脱粒性能最佳,此时的含杂率为29.41%、损失率为1.31%。对上述优化组合进行试验验证,结果为含杂率的平均值为29.50%、损失率的平均值为1.12%。在相同参数条件下,与脱粒元件全为刚性杆齿的横轴流滚筒进行对比,含杂率和损失率分别降低了2.71%和0.52%,脱粒性能明显提高。该研究可为燕麦脱粒分离装置的创新设计提供参考。

关键词：脱粒分离装置柔性脱粒齿燕麦试验优化

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燕麦脱粒组合式轴流滚筒设计与试验

农机化研究 2021年第6期43卷 135-141,151页

作者：孙成龙左杰文卢富运耿令新河南科技大学农业装备工程学院河南洛阳471003 机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

针对我国燕麦机械化收获时杂余含量高和未脱净严重的问题,在分析了现有谷物收获机脱粒装置结构的基础上,提出了一种适用于裸粒型燕麦的脱粒方案,设计了一种燕麦脱粒组合式轴流滚筒,并在实验室搭建了燕麦脱粒试验台。选取影响装置脱粒性... 详细信息

针对我国燕麦机械化收获时杂余含量高和未脱净严重的问题,在分析了现有谷物收获机脱粒装置结构的基础上,提出了一种适用于裸粒型燕麦的脱粒方案,设计了一种燕麦脱粒组合式轴流滚筒,并在实验室搭建了燕麦脱粒试验台。选取影响装置脱粒性能的3个关键因素(主滚筒转速、脱粒间隙、喂入量)为研究对象,在预试验的基础上对3个关键因素的参数组合进行了优化。结果表明:在喂入量为1.46kg/s,主滚筒转速、脱粒间隙分别为1059r/min、12mm时,含杂率和未脱净率均最低,分别为19.39%,0.72%。经试验验证,在允许误差为2%时,其试验结果可信。

关键词：燕麦轴流滚筒组合式

基于热传递过程的薄层水流流速测量方法及装置

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水土保持学报 2023年第6期37卷 97-103页

作者：王伟余方潜卢富运马玉莹陈杨程晓磊中国农业大学工学院北京100083 天津农学院水利工程学院天津300392

基于薄层水流中的热传递过程,提出测量水流流速的示踪方法,并设计对应的测量系统。在室内试验坡面上,设计不同试验工况(坡度为5°,10°,20°,流量为2,5,8 L/min),以盐示踪法为对照,研究热示踪测量薄层水流流速的可行性及其影响因素。结... 详细信息

基于薄层水流中的热传递过程,提出测量水流流速的示踪方法,并设计对应的测量系统。在室内试验坡面上,设计不同试验工况(坡度为5°,10°,20°,流量为2,5,8 L/min),以盐示踪法为对照,研究热示踪测量薄层水流流速的可行性及其影响因素。结果表明,测量系统能准确地测得热示踪剂的运移过程;热与盐2种示踪剂测得流速范围为0.408~1.522 m/s,线性拟合斜率为1.006,R~2为0.993,表明两者具有显著的线性关系,热示踪法具有较高的可靠性;由于物理属性差异,部分水力工况下示踪剂的释放方式对盐和热的测量结果影响显著,表明此时2种示踪剂测量流速的代表性不同;可采用盐与热联合示踪的方法,取二者测量结果的均值作为薄层水流的平均流速,以提高测量结果的代表性。研究结果可为复杂下垫面、盐渍化和禁用化学成分等特殊坡面上薄层水流流速的准确测量提供新方法和理论参考。薄层水流流速的准确测量对地表水文和土壤侵蚀领域的研究具有重要意义。

关键词：热示踪盐示踪质心法薄层水流热传递过程

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