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Parameter matching and experiment of the combined cyclone separation and cylinder sieve cleaning system for rape combine harvester

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2024年第1期17卷 128-136页

作者： Jiacheng Yuan qingxi liao Xingyu Wan Jia Yang Caixia Shu College of Engineering Huazhong Agricultural UniversityWuhan 430070China Key Laboratory of Agricultural Equipment in Mid-lower Yangtze River Ministry of Agriculture and Rural AffairsWuhan 430070China

Existing rape combine harvester with a cyclone separation cleaning device has the challenge that the loss rate and the cleaning rate increase and decrease simultaneously.A cleaning process route was proposed,which involves the cyclone separation cleaning device removing light and tiny impurities,and the cylinder sieve device removing coarse and long impurities such as pod shells and short stems.A novel cleaning system combining the cyclone separation cleaning device and cylinder sieve cleaning devices was *** ranges of the structure and operation parameters for each component were analyzed based on kinematics and dynamic analysis.A four-factor five-level quadratic orthogonal test was carried out,in which the loss rate and cleaning rate were taken as the evaluation *** velocity at the suction port,the rotation speed of the cylinder sieve,the screw pitch of the spiral blade and the diameter of the sieve hole were taken as the influencing *** orthogonal test results showed that the cleaning system performed best at a rotation speed of the winnower is 600 r/min,an airflow velocity at the suction port is 18.25 m/s,a rotation speed of the cylinder sieve is 87 r/min,a screw pitch of the spiral blade is 440 mm and a diameter of the sieve hole is 4.48 *** this time,the loss rate of the cleaning system is 3.22%,and the cleaning rate is 95.67%.Compared to the conventional cyclone separation cleaning device,the loss rate is reduced by 2.17%and the cleaning rate is increased by 1.05%.This study can provide a reference for the optimal cleaning system design for rape combine harvesters.

关键词： agricultural engineering cleaning system cyclone separation cylinder sieve rapeseed combine harvester

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正负气压组合滚轮式油菜精密排种器设计与试验

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农业机械学报 2024年第5期55卷 63-76页

作者：廖宜涛刘嘉诚廖庆喜郑娟李甜蒋杉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

针对油菜种子粒径小、质量轻,单粒排种难度较大的问题,设计了一种正负气压组合滚轮式精密排种器。阐明了排种器工作原理,开展排种器吸种、携种和卸种环节受力分析和排种滚轮对种群拖带过程解析;提出了通过控制充种区种层高度和种群压力... 详细信息

针对油菜种子粒径小、质量轻,单粒排种难度较大的问题,设计了一种正负气压组合滚轮式精密排种器。阐明了排种器工作原理,开展排种器吸种、携种和卸种环节受力分析和排种滚轮对种群拖带过程解析;提出了通过控制充种区种层高度和种群压力的防拖带堆积机理,设计了一种侧向充种、拖带种子自由回落的充种室结构,利用离散元仿真研究了充种种层高度和充种室结构对排种器充种区内充种性能的影响及对种群拖带堆积的解决情况;仿真结果表明,排种器内种子随着充种种层高度的增大,种群平均动能均值逐渐增大,对种群平均扰动能力逐渐增强;在充种种层高度50 mm条件下,设计的防拖带堆积充种室降低了充种区域底部种群所受的压力,未出现种群拖带堆积现象,且保持了对充种区域种群的扰动作用。在JPS-12型排种器检测试验台上进行了排种器性能试验,结果表明,当排种转速为15~30 r/min、吸种负压为1.0~1.2 kPa时,排种器合格指数均保持在90%以上;设计装配正负气压组合滚轮式精密排种器的播种机开展播种试验,田间实测出苗后株距稳定性变异系数为4.4%,各行苗数一致性变异系数为8.14%;研究结果表明设计的排种器满足精密播种要求。

关键词：油菜精密排种器正负气压组合滚轮式

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油菜高速机械离心式集排器设计与试验

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农业机械学报 2024年第7期55卷 154-167页

作者：廖庆喜沈文惠王磊霍佳琪罗湛程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

针对传统油菜机械离心式集排器高速作业时供种及投种能力不足，导致排种量与作业速度不匹配、排种性能不稳定等问题，设计了一种被动式供种、“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔投种的油菜高速机械离心式集排器。构建了供种、投种过程中的力... 详细信息

针对传统油菜机械离心式集排器高速作业时供种及投种能力不足，导致排种量与作业速度不匹配、排种性能不稳定等问题，设计了一种被动式供种、“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔投种的油菜高速机械离心式集排器。构建了供种、投种过程中的力学模型，分析确定了影响排种性能的关键结构参数；利用EDEM离散元仿真开展了供种调节高度对供种速率调节量影响的试验，结果表明当供种调节高度为3～8 mm时，供种速率在64.95～357.54 g/min范围内可调；采用两因素三水平正交试验分析了限种套筒下摆高度及倾角对初始种量、临界转速及环状种层最大高度的影响。通过台架试验确定了较优限种套筒结构参数，结合高速摄影对比了5种型孔结构下动锥体转速与排种量关系，确定最优型孔结构为“圆孔+渐变孔柱”组合式型孔。较优参数组合集排器排种性能验证试验结果表明：当转速为115～205 r/min时，排种速率为60.96～355.76 g/min,油菜各行排量一致性变异系数均低于5.2%,总排量稳定性变异系数均低于1.3%,破损率低于0.5%,满足作业速度6～12 km/h时的排种量要求。田间试验结果表明，当机组作业速度为7.89、11.98 km/h时，油菜各行植株均匀性变异系数低于11%,种植密度为43～58株/m2,满足油菜精量播种要求。

关键词：油菜高速机械离心式集排器型孔结构离散元仿真

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稻麦油兼用高速气送集排器螺旋斜置式搅种装置研制

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农业工程学报 2024年第4期40卷 51-61页

作者：李晓冉廖庆喜廖宜涛王磊邓承诺霍佳琪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

针对稻麦油兼用气送式集排器高速作业时搅种装置易伤种、影响排种稳定性等问题,该研究设计了一种螺旋斜置式柔性搅种装置。基于Hertz接触理论分析确定了搅种装置影响种子破损的主要因素为搅种棒材质、顶端结构及搅种转速。通过EDEM仿真... 详细信息

针对稻麦油兼用气送式集排器高速作业时搅种装置易伤种、影响排种稳定性等问题,该研究设计了一种螺旋斜置式柔性搅种装置。基于Hertz接触理论分析确定了搅种装置影响种子破损的主要因素为搅种棒材质、顶端结构及搅种转速。通过EDEM仿真试验对比分析了梯形和圆弧形搅种棒与种群接触力随时间的变化趋势,明确了搅种棒安装方式对供种性能的影响,结果表明,圆弧形搅种棒与种群接触的切向力和法向力均小于梯形搅种棒,搅种棒倾斜角度为45°时供种稳定性较优。开展台架单因素试验确定了性能较优的搅种转速比范围,结果表明,水稻和小麦种子在搅种转速比范围1.0~2.0内性能较优,油菜种子在搅种转速比范围0.5~1.5内性能较优。开展三因素三水平二次旋转正交组合试验,构建了稻麦油种子破损率、供种速率及其稳定性变异系数的回归模型,明确了作业速度在10~14 km/h范围内搅种转速的较优匹配关系并进行田间验证试验。田间验证试验结果表明,当作业速度为12 km/h,在较优参数组合下,稻麦油总排量稳定性变异系数分别为1.92%、1.27%和1.14%,1 m^(2)内成苗总株数变异系数分别为15.47%、12.98%和17.93%,符合稻麦油兼用高速作业标准要求。研究结果可为稻麦油兼用型排种器实现高速低损播种作业的参数设置提供依据。

关键词：农业机械试验稻麦油兼用高速气送式集排器搅种装置螺旋斜置

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油菜直播组合式埋茬防堵装置设计与试验

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农业工程学报 2024年第5期40卷 60-70页

作者：杜文斌周国威张青松边祺旺廖庆喜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

针对长江中下游地区油菜机械化种植时土壤黏重板结、前茬秸秆留茬高、残留量大,致使油菜直播机旋耕及深施肥部件易出现秸秆缠绕、壅土堵塞等问题,导致秸秆埋覆率低、种床厢面起伏不平,影响种床质量的生产现状,该研究设计了一种适用于高... 详细信息

针对长江中下游地区油菜机械化种植时土壤黏重板结、前茬秸秆留茬高、残留量大,致使油菜直播机旋耕及深施肥部件易出现秸秆缠绕、壅土堵塞等问题,导致秸秆埋覆率低、种床厢面起伏不平,影响种床质量的生产现状,该研究设计了一种适用于高茬黏重稻茬田的油菜直播机组合式埋茬防堵装置。该装置主要包括埋茬弯刀和双刃旋耕刀,刀片在筒状刀轴上整体呈人字型排布,通过埋茬弯刀和双刃旋耕刀配合作业,可防止旋耕及深施肥部件秸秆缠绕和黏附堵塞,实现黏重土壤细碎、高茬秸秆埋覆和厢面平整。开展理论分析与EDEM仿真,确定了埋茬弯刀回转半径为245 mm,正切面弯折线角为27°、弯折角为125°,作业幅宽为75 mm,防堵直刀回转半径为275 mm,刃磨角为15°。田间对比试验结果表明:装有组合式埋茬防堵装置的油菜直播机在高茬黏重地表作业通过性好,未出现秸秆缠绕和黏土堵塞,厢面平整度为19.19~22.14 mm,相较于普通旋耕装置,秸秆埋覆率至少提高27.19个百分点,埋茬防堵性能良好,种床质量满足油菜直播农艺要求。研究结果可为高茬黏重工况下的种床整备装置开发提供参考。

关键词：农业机械试验油菜埋茬防堵种床制备

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油菜高速直播机开畦沟装置刀组优化与试验

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农业工程学报 2024年第3期40卷 37-49页

作者：王立宗廖庆喜张子龙李蒙良张青松王磊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

针对长江中下游现有油菜机驱动型开畦沟装置高速(≥10 km/h)作业存在功耗较大、沟形不稳定的现实问题,该研究设计了一种刀体低阻触土面近似为螺旋桨叶面的类螺桨式开畦沟装置。基于运动学、动力学设计了由4组刀盘组成的类螺桨式刀组,确... 详细信息

针对长江中下游现有油菜机驱动型开畦沟装置高速(≥10 km/h)作业存在功耗较大、沟形不稳定的现实问题,该研究设计了一种刀体低阻触土面近似为螺旋桨叶面的类螺桨式开畦沟装置。基于运动学、动力学设计了由4组刀盘组成的类螺桨式刀组,确定了影响其作业功耗、作业质量的关键参数范围。基于EDEM软件开展了刀片刃型、螺距角及弯折角的单因素试验,结果表明:后磨刃耕阻最小,螺距角增大使刀片耕阻先减小后增大、抛土性能下降,弯折角增大使整体耕阻减小、抛土性能下降;1~4号刀盘的刃角结构为后磨刃,螺距角分别为7°、5°、4°、3°,折弯角分别为120°、120°、90°、90°时阻力较小,抛土性能较好。以螺距角、作业速度和刀盘转速为因子的Box-Behnken仿真试验,采用遗传算法对功耗和抛土性能进行多目标优化,结果表明:作业速度、刀盘转速、螺距角增大均使功耗上升,其中作业速度影响最大;作业速度降低、刀盘转速增高均使抛土效率提高;优化后1~4号刀盘对应的的螺距角分别为6.7°、4.7°、3.5°、2.5°;作业速度6、9、12 km/h时刀盘较优转速分别为540、620、810 r/min,优化刀组作业功耗低于对照组和国际ⅠS225刀组,总功耗较对照组分别降低5.51、11.78、28.99 kW,且12 km/h时减阻率最高,约为41%。田间试验表明:作业速度6~12 km/h时优化后开畦沟装置的总功耗为15.1~41.8 kW,与仿真结果相对误差小于10%,沟宽、沟深稳定系数均达90%以上。研究结果可为长江中下游稻油轮作区油菜高速开畦沟装置的优化改进提供参考。

关键词：农业机械优化减阻油菜开畦沟高速作业

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联合收获机与油菜直播机连接导轨式悬挂装置研究

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农业机械学报 2024年第7期55卷 111-123页

作者：康艳廖庆喜林建新韩静轩万星宇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

针对长江中下游地区联合收获机保有量大、利用率低，拖拉机常规三点悬挂装置纵向尺寸大、结构复杂导致机组转弯半径大、重心不稳等问题，基于模块化设计方法设计了一种用于连接联合收获机与油菜直播机的导轨式悬挂装置。在对常规三点悬... 详细信息

针对长江中下游地区联合收获机保有量大、利用率低，拖拉机常规三点悬挂装置纵向尺寸大、结构复杂导致机组转弯半径大、重心不稳等问题，基于模块化设计方法设计了一种用于连接联合收获机与油菜直播机的导轨式悬挂装置。在对常规三点悬挂装置运动学分析基础上，从结构紧凑、重心稳定等方面分析确定了悬挂装置的整体结构及工作原理。基于导轨式悬挂装置与联合收获机和油菜直播机的适配关系，从幅宽、重心以及耕深匹配性对其进行理论分析，确定了悬挂装置作业参数和结构参数。利用ANSYS Workbench仿真软件对悬挂装置进行了自由状态下的模态分析，通过分析机架外部激振频率特点和仿真结果，提出悬挂装置结构改进方案，优化后装置前6阶频率分别为54.09、66.35、83.16、130.01、143.52、174.88 Hz,均不在外部激振频率范围内；对优化后的悬挂装置进行静力学分析，结果表明，悬挂装置在提升最高点和作业状态下的应力分别为50.531、140.56 MPa,小于许用应力156.67 MPa。田间试验结果表明，整机运行稳定，当机具以前进速度3.6 km/h进行田间试验时，其耕深稳定性系数为87.42%,碎土率为84.41%,秸秆埋覆率为76.32%,厢面平整度为22.93 mm,各项试验指标均满足油菜播种质量要求。

关键词：联合收获机油菜直播机悬挂装置模态分析

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油菜基质块移栽机苗床带整备装置设计与试验

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华中农业大学学报 2024年第2期43卷 215-226页

作者：李心志廖庆喜袁华韩静轩王磊符明联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 云南省农业科学院经济作物研究所昆明650000

针对现有油菜基质块苗移栽机开沟装置作业存在沟宽稳定性差、沟底面平整度低、土壤扰动大等现象,导致立苗率低、覆土作业难度大等问题,基于船式开沟器腔体大以及芯铧式开沟器作业构建宽苗床、平沟底特点,结合类铧式曲面衔接过度,设计了... 详细信息

针对现有油菜基质块苗移栽机开沟装置作业存在沟宽稳定性差、沟底面平整度低、土壤扰动大等现象,导致立苗率低、覆土作业难度大等问题,基于船式开沟器腔体大以及芯铧式开沟器作业构建宽苗床、平沟底特点,结合类铧式曲面衔接过度,设计了一种适用于油菜基质块苗移栽机苗床构建的苗床带整备装置。建立了土壤与整备装置互作力学模型,确定了苗床带整备装置构建稳定苗床的主要结构参数。以整备装置作业速度、作业深度、类铧式曲面前端宽度、刃口角为因素,以土壤扰动量、沟宽变异系数为评价指标,利用EDEM开展四因素三水平二次正交组合仿真试验,试验结果显示:作业深度为41 mm、作业速度为0.52 m/s、类铧式曲面前端宽度为40 mm、刃口角为61°时土壤扰动量较小且沟宽变异系数较小;较优参数组合下台架试验得出土壤扰动量为13.01 cm^(2),沟宽变异系数8.52%。田间试验结果显示:安装在移栽单元上的苗床带整备装置相较船式开沟器的载苗基质块立苗率增加2.09百分点,沟宽变异系数减少13.3%,土壤扰动量减少20.9%,沟底面紧实度增加28.7%,满足油菜基质块苗机械移栽苗床构建要求。

关键词：油菜移栽机苗床带整备装置类铧式曲面机械移栽

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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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Effect of soil surface roughness on emergence rate and yield of mechanized direct-seeded rapeseed based on 3D laser scanning

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2023年第3期16卷 110-119页

作者： Hui Chen Liping Gao Mengcheng Li Yitao liao qingxi liao School of Energy and Power Engineering Xihua UniversityChengdu 610039China College of Engineering Huazhong Agricultural UniversityWuhan 430070China

The quality of seedbed after sowing such as soil surface roughness is one of the key factors affecting the seedling emergence of rapeseed,which ultimately affected crop ***,the effect of soil surface roughness on seedling emergence and yield of rapeseed is still *** this study,field experiments at the experimental site of Jianli and Shayang were carried *** treatments were designed:relative slow(M1),medium(M2),and fast(M3)forward speed of the *** surface roughness measured by a 3D laser scanner,seed quantity of the seeder,emergence rate and yield of rapeseed were determined to investigate the soil surface roughness effect on emergence rate and yield of *** results showed that as the forward speed of the unit increased,the compartment surface became *** with the M1 and M2 treatments,soil surface roughness under the M3 treatment increased by 36.5%and 9.8%,*** actual seed quantity of the seeder under different treatments ranged from 3806.56 to 4158.18 g/*** average error rate of the actual and theoretical seed quantity was less than 5%,which met the operational quality requirements for seeding rapeseed *** the forward speed of the unit increased,the actual seed quantity of the seeder gradually increased while the emergence rate and yield of rapeseed *** seed quantity under the M3 treatment increased by 6.9%and 4.7%,while the emergence rate of rapeseed decreased by 3.3%and 2.0%,and the yield decreased by 23.2%and 13.1%,compared with the M1 and M2 treatments,*** analysis indicated that emergence rate and yield of rapeseed were negatively influenced by soil surface *** rapeseed emergence rate,seed yield,and economic benefits,the M1 treatment was *** considering the factor that the M1 treatment may reduce the unit operation efficiency,and thus resulting in lower cost of production,M2 could be recommended in actual *** results of this

关键词： mechanized direct-seeder soil surface roughness rapeseed seed emergence rate yield

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