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膜杂捆料多级破碎机设计与试验

农业工程学报 2024年第2期40卷 187-195页

作者：严义其坎杂王吉亮陈绍杰杨崇科李佳莉张炳成严伟哲冯震李亚萍石河子大学机械电气工程学院石河子832000 新疆农垦科学院机械装备研究所石河子832003 石河子开发区锐益达机械装备有限公司石河子832003 绿洲特色经济作物生产机械化教育部工程研究中心石河子832000

针对棉田机收膜杂捆料中膜-土-秆分布不均、相互裹绕且体积过大,无法直接进行有效破碎的问题,通过分析膜杂捆料的破碎过程,确定了一种先破捆、再破碎的破碎方案,并设计了一种包含均匀喂料装置、直刀破捆装置、Y型甩刀破碎装置的膜杂捆... 详细信息

针对棉田机收膜杂捆料中膜-土-秆分布不均、相互裹绕且体积过大,无法直接进行有效破碎的问题,通过分析膜杂捆料的破碎过程,确定了一种先破捆、再破碎的破碎方案,并设计了一种包含均匀喂料装置、直刀破捆装置、Y型甩刀破碎装置的膜杂捆料多级破碎机。以破碎刀辊转速、喂入速度、定刀数量作为主要影响因素,以残膜破碎合格率作为评价指标,进行三因素三水平试验,确定优化参数指标为试验在破碎刀辊转速1 125 r/min;喂入速度为0.012 m/s;定刀数量1个的因素水平下,此时膜杂捆料破碎合格率达到75.15%,满足后续加工工艺要求。该装置的研究对残膜资源化利用关键技术问题具有重要意义和应用价值。

关键词：农业机械试验残膜资源化利用膜杂捆料破碎机器

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轴流弓齿式食葵脱粒装置设计与试验

干旱地区农业研究 2024年第3期42卷 287-298页

作者：杨星宇李斌王士国刘洋董云成刘向新新疆农垦科学院机械装备研究所新疆石河子832000 石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000

针对现今食葵脱粒过程中普遍存在的脱粒不完全和籽粒易受损等问题,设计一种针对食葵收获机脱粒的轴流弓齿式食葵脱粒装置,并对葵盘在脱粒装置中的受力情况进行分析。借助离散元仿真软件EDEM对食葵盘在滚筒内部的轴向速度、轴向位移以及... 详细信息

针对现今食葵脱粒过程中普遍存在的脱粒不完全和籽粒易受损等问题,设计一种针对食葵收获机脱粒的轴流弓齿式食葵脱粒装置,并对葵盘在脱粒装置中的受力情况进行分析。借助离散元仿真软件EDEM对食葵盘在滚筒内部的轴向速度、轴向位移以及运动路径进行分析。通过单因素试验获得了含水率、滚筒转速以及喂入量等因素对籽粒破损率及未脱净率的影响规律。根据单因素试验结果,以含水率、滚筒转速以及喂入量作为试验因素,以食葵未脱净率和破损率作为评价指标进行正交试验,利用Design expert对试验结果进行了方差分析,建立了影响因素与评价指标的回归模型,明确了各因素对滚筒实际工作效果的影响程度。基于响应曲面法,以低破损率和未脱净率为目标,对含水率、滚筒转速以及喂入量进行多目标寻优求解,得到最佳作业参数组合,即含水率22%、喂入量1.45 kg·s^(-1)、滚筒转速318 r·min^(-1)。为了确保参数组合的可靠性,对最佳参数组合进行验证试验,结果显示,籽粒未脱净率0.51%、破损率0.67%,满足我国机械行业标准。

关键词：食葵脱粒滚筒弓齿参数优化

蔬菜育苗高压静电吸附播种机理及系统参数优化

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农业工程学报 2024年第9期40卷 26-38页

作者：孙胜胡斌马金虎吴芯茗罗昕徐晓赟徐洛川石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 现代农业机械兵团重点实验室石河子832003

针对现有气吸式穴盘育苗播种机对含杂较多且没有丸粒化的不规则小颗粒蔬菜种子存在吸孔堵塞而导致排种精度下降的技术难题,该研究摒弃小孔径、长导程吸孔,设计了一种基于高压静电吸附特性的蔬菜育苗播种机。通过理论分析及电势等值线分... 详细信息

针对现有气吸式穴盘育苗播种机对含杂较多且没有丸粒化的不规则小颗粒蔬菜种子存在吸孔堵塞而导致排种精度下降的技术难题,该研究摒弃小孔径、长导程吸孔,设计了一种基于高压静电吸附特性的蔬菜育苗播种机。通过理论分析及电势等值线分布仿真试验确定介电绝缘层材料;构建静电吸附力学模型,明确影响静电吸附力的主要因素及其相互关系,确定影响播种性能的电参数及范围;以型孔加工直径、正向高压静电发生器输出电压和种箱底面倾斜角度为试验因素,以播种合格指数、重播指数和漏播指数为响应指标进行三因素三水平Box-Behnken中心组合试验,得到各试验因素与响应指标间的数学模型,应用Design-Expert 10.0.4软件对数学模型进行多目标优化,得到最佳参数组合为:型孔加工直径5.91 mm、正向高压静电发生器输出电压17.67 kV、种箱底面倾斜角度14.69°,此时播种合格指数为91.13%、重播指数为3.02%、漏播指数为5.85%。播种性能验证试验的播种合格指数相较于优化结果降低了0.61个百分点、重播指数相较于优化结果降低了0.17个百分点、漏播指数相较于优化结果增加了0.78个百分点。试验误差在允许范围内,参数优化结果可靠,满足精量播种技术要求。研究结果可为不规则小颗粒蔬菜种子精量播种机械装备的研发提供参考,同时也可为不规则小颗粒物料定量吸附和快速分离方法研究及设备开发提供参考。

关键词：播种机蔬菜制干辣椒高压静电吸附特性

基于含水率变化的气体射流冲击干燥过程温度自适应控制系统

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农业工程学报 2024年第2期40卷 52-62页

作者：杨涛庆郑霞肖红伟单春会张继凯石河子大学机械电气工程学院石河子832000 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 现代农业机械兵团重点实验室石河子832003 中国农业大学工学院北京100083 石河子大学食品学院石河子832003

为了给变温干燥工艺提供新的技术支持,实现基于含水率变化的干燥温度自适应控制,该研究设计了具有物料含水率在线检测功能的温度自适应控制系统。采用卷积神经网络建立了以质量检测值、气流冲击速度、称重传感器弹性基体温度、气流冲击... 详细信息

为了给变温干燥工艺提供新的技术支持,实现基于含水率变化的干燥温度自适应控制,该研究设计了具有物料含水率在线检测功能的温度自适应控制系统。采用卷积神经网络建立了以质量检测值、气流冲击速度、称重传感器弹性基体温度、气流冲击距离为输入,物料真实质量为输出的含水率在线检测模型。进行了含水率在线检测模型验证试验。结果表明,该模型满足变温干燥工艺中含水率在线检测的精度要求,5组含水率在线检测模型验证试验的决定系数R2和均方根误差RMSE依次为0.993 4和1.20%。该文设计了改进神经网络-PID(improved neural network-PID,INN-PID)控制器来实现变温干燥工艺中的温度控制。在MATLAB软件中以单位阶跃信号为输入对PID、神经网络-PID(neural network-PID,NN-PID)和INN-PID控制器的动态性能进行仿真。对3种控制器分别进行了50~55℃的干燥温度控制试验。结果表明,在仿真试验中,INN-PID控制器的控制稳定性和调节时间均显著优于另外两种控制器;干燥温度控制试验结果与仿真结果存在近似相同的规律,INN-PID控制器的峰值时间是208.00 s,调节时间是120.59 s,最大超调量是4.87%,满足变温干燥过程中温度控制的要求。该研究在气体射流冲击干燥机中搭建了温度自适应控制系统,进行了基于含水率变化的温度自适应控制试验。结果表明,该系统可以对基于含水率变化的变温干燥工艺中的干燥温度进行快速且有效的调节。该研究对提高干燥设备的自动化水平以及开发新的变温干燥工艺具有重要意义,对其他领域的多信息融合检测和控制策略研究提供参考。

关键词：含水率在线检测变温干燥自适应控制器

基于控温控湿的沙棘红外联合热风干燥均匀性与工艺

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农业工程学报 2024年第6期40卷 120-133页

作者：耿智化李孟卿朱丽春于贤龙胡斌张茜王军扬杨旭海石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 山东省农业机械科学研究院济南250100 新疆一七零团丝路沙棘生物科技有限公司塔城834612 现代农业机械兵团重点实验室石河子832003

新鲜沙棘含水率高且易腐烂变质,干燥是延长货架期的重要方式之一。针对现有沙棘热风干燥周期长、品质差、能耗高等问题,该研究基于控温控湿设计了一种红外联合热风干燥装置,并对装置的气流分配室结构进行了优化,设计了一种圆柱形扰流板... 详细信息

新鲜沙棘含水率高且易腐烂变质,干燥是延长货架期的重要方式之一。针对现有沙棘热风干燥周期长、品质差、能耗高等问题,该研究基于控温控湿设计了一种红外联合热风干燥装置,并对装置的气流分配室结构进行了优化,设计了一种圆柱形扰流板和方形挡风板,利用数值模拟软件COMSOL对干燥装置中速度场、温度场和湿度场进行了模拟,结果表明通过增加半圆柱扰流板能够改变干燥层间气流量,解决干燥不均匀性问题;借助增设扰流板能够提高气流速度,利用自由流区域高温低湿干燥介质的干燥能力,防止干燥层内不同区域出现干燥不均匀的现象。优化后的干燥室结构将5个干燥层间的最大速度偏差比显著降低。以沙棘为研究对象对干燥工艺进行了试验研究。结果表明,不同干燥温度对沙棘控温控湿红外联合热风干燥时间有显著影响,干燥水分比随干燥时间的增加呈现指数下降趋势。基于层次分析法得到各干燥特性和干燥品质权重,采用综合评价方法得到不同干燥温度下75℃干燥条件综合评分最高。不同介质湿度干燥条件下,当介质湿度为10%干燥时,干燥所需能耗最低,干燥后沙棘复水比最高,具有最高的维生素C(vitamin C,Vc)保留率和总黄酮含量,综合评分最高。40%介质湿度不同持续时间下,40 min得到的沙棘亮度值、复水比、Vc保留率和总黄酮含量最高,综合评分最高。该研究明确了控温控湿沙棘红外联合热风干燥最优工艺,对提升沙棘产地初加工机械化水平,促进沙棘产业健康持续发展具有重要意义。

关键词：能耗干燥控温控湿沙棘均匀性品质特性

基于Tavares模型的多面体棉籽离散元参数标定与试验

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农业机械学报 2024年第7期55卷 124-131,220页

作者：李元超田辛亮赵岩刘学虎周脉乐戴馥霜王文哲石河子大学机械电气工程学院石河子832003 农业农村部西北农业装备重点实验室石河子832003 江苏大学农业工程学院镇江212013

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题,本文以新陆早84号棉籽为研究对象,结合物理试验与仿真试验,对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术,使用Solidworks 2022中的网格建模功能,快速建立棉籽多面体模型。采用堆... 详细信息

针对基于离散元法的棉籽压缩破碎过程中缺少准确仿真模型的问题,本文以新陆早84号棉籽为研究对象,结合物理试验与仿真试验,对棉籽参数进行标定。基于三维扫描技术,使用Solidworks 2022中的网格建模功能,快速建立棉籽多面体模型。采用堆积角试验对棉籽种间参数进行标定,得到棉籽-棉籽碰撞恢复系数、棉籽-棉籽静摩擦因数、棉籽-棉籽滚动摩擦因数的最优参数组合为0.106、0.248、0.105,仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.28%,证明棉籽种间参数准确。通过单颗粒压缩试验对Tavares模型参数进行标定,以棉籽破碎力与破碎能为指标进行验证,结果表明棉籽破碎力与破碎能相对误差分别为2.37%和2.87%,说明构建的棉籽模型和Tavares模型参数可以表征棉籽压缩破碎过程。

关键词：棉籽离散元 Tavares模型参数标定破碎仿真

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基于BP神经网络PID的节水灌溉施肥系统研究

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农机化研究 2024年第11期46卷 53-58页

作者：朱凤磊张立新胡雪李文春王晓瑛孟子皓吴勋石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832000 图木舒克银丰现代农业装备有限公司新疆图木舒克843900

中国的化肥使用率常年居世界首位,且农业用水利用率较低,依靠个人经验的方法不仅造成了肥料和水资源的浪费,而且使当地生态环境也受到污染。由于管路运输等原因,节水灌溉施肥系统具有模型的时变性、非线性与时滞性的特点,普通控制器很... 详细信息

中国的化肥使用率常年居世界首位,且农业用水利用率较低,依靠个人经验的方法不仅造成了肥料和水资源的浪费,而且使当地生态环境也受到污染。由于管路运输等原因,节水灌溉施肥系统具有模型的时变性、非线性与时滞性的特点,普通控制器很难对节水灌溉施肥系统的流量进行精准控制。针对上述问题,设计了一种基于BP神经网络PID的控制器,以期实现节水灌溉施肥系统对液体肥流量的精准控制;同时,与传统PID控制器进行对比,用MatLab软件进行仿真分析,得到阶跃响应曲线。研究结果表明:基于BP神经网络PID的控制器具有优异的控制效果,可以满足节水灌溉施肥系统精准控制的实际要求。

关键词：灌溉施肥神经网络 BP-PID 精准控制

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滴灌棉田节水灌溉系统控制策略研究

农机化研究 2025年第1期47卷 16-20页

作者：李贺张立新胡雪李文春王晓瑛石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 石河子大学兵团能源发展研究院新疆石河子832003 图木舒克银丰现代农业装备有限公司新疆图木舒克843900

针对传统棉田节水灌溉系统灌溉精度低、运行稳定性差的问题,设计了一种基于Fuzzy-PID控制的棉田节水灌溉控制系统。系统通过土壤湿度传感器采集棉田的实时土壤湿度作为控制决策依据,结合专家经验制定模糊控制规则,设计了Fuzzy-PID控制器... 详细信息

针对传统棉田节水灌溉系统灌溉精度低、运行稳定性差的问题,设计了一种基于Fuzzy-PID控制的棉田节水灌溉控制系统。系统通过土壤湿度传感器采集棉田的实时土壤湿度作为控制决策依据,结合专家经验制定模糊控制规则,设计了Fuzzy-PID控制器,并在Simulink中对系统进行建模与仿真试验,对Fuzzy-PID控制方法和常规的PID控制方法进行仿真分析。仿真曲线表明:与传统PID控制器相比,Fuzzy-PID控制的稳态时间减少了约7.3 s,超调量减少了5.65%。试验结果表明:模糊PID控制方式调节精度和稳态性能更好,可及时调整土壤湿度,进行适时、适量的灌溉,一定程度上提高了系统灌溉精度,可以满足大田棉花灌溉需求。

关键词：棉田节水灌溉 Fuzzy-PID 控制策略

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采棉机机架模态分析与优化

中国农机化学报 2024年第6期45卷 63-71页

作者：王光恒林慧王玉刚毕新胜裴婷稳赵鹏达石河子大学机械电气学院新疆石河子832000 农业农村部西北农业装备重点实验室新疆石河子832003 新疆生产建设兵团第八师农牧业机械化技术培训站石河子832000 山东天鹅棉业机械股份有限公司济南市250032

采棉机在工作时,会因载荷激励而导致机架振动,当激励频率在机架固有频率范围内,会产生共振现象,对采棉机产生影响。为提高采棉机工作性能,对采棉机机架进行模态分析,得到机架前6阶模态参数,通过分析振源激励特性,发现机架一阶和四阶模... 详细信息

采棉机在工作时,会因载荷激励而导致机架振动,当激励频率在机架固有频率范围内,会产生共振现象,对采棉机产生影响。为提高采棉机工作性能,对采棉机机架进行模态分析,得到机架前6阶模态参数,通过分析振源激励特性,发现机架一阶和四阶模态频率处在振源激励区间,将其与机架质量设为优化目标,机架各尺寸设定为设计变量;对机架进行灵敏度分析,基于CCD抽样设计并运用Kriging方法拟合响应面,运用多目标遗传算法得到5个优化方案,结合熵权法与线性加权法,其中方案1综合得分最高是最佳设计方案。优化后机架一阶模态频率97 Hz降低到91 Hz,四阶模态频率225 Hz增加到230 Hz,远离发动机激振频率100 Hz和220 Hz;质量为688.8 kg降低1.5%。经静力学与谐响应分析验证,优化后的机架满足工作要求。

关键词：采棉机模态分析振源激励灵敏度熵权法

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