论文部分内容阅读
在工作繁琐、作业强度大的育种科研工作中,需要对大豆单株进行脱粒工作,而机械化作业是提高育种效率和减轻人工劳动强度的必要手段。用于大豆育种工作的大豆品种珍稀、样本量小、种类丰富,这就对育种小区的收获脱粒过程提出要求,既要提高效率还有满足籽粒之间不得混杂。目前现有的大豆脱粒机绝大部分采用滚筒式脱粒方式,而关键脱粒部件为刚性材料的脱粒滚筒与凹板,容易对大豆种子造成破碎和机械损伤。由于育种的大豆种子品种稀少且珍贵,刚性部件造成的机械损伤影响大豆种子的发芽和出苗。当前,我国的大豆单株脱粒方式主要采用手工脱粒和普通大田脱粒机。手工脱粒不仅效率低、占据大量劳动力,而且延误农时,对育种指标的测定造成影响。普通大田脱粒机普遍采用刚性脱粒滚筒,造成大豆种子的机械损伤,籽粒的破碎率高,夹带损失率大,机器内部脱粒部分清理困难,不同品种的大豆种子容易混杂。目前国内大豆单株脱粒机械发展较为落后,因此研究满足便于清理和避免种子机械损伤的大豆单株脱离机械具有现实意义和发展前景。本文介绍了国内和国外育种方向的收获机械的种类,系统的阐述了其研究的现状与特点,分析了对于育种试验要求的优缺点,针对国内现存的单株脱粒机械的发展研究现状、主要问题和发展方向,为满足大豆育种单株脱粒在农艺方面的要求,采用搓擦脱粒原理,设计同向差速运动的上下脱粒带作业,避免了传统刚性接触方式对籽粒造成的暗伤,并相应设计清选装置对脱粒后的混合物料进行清选,最终得到清洁率高、暗伤程度小、符合大豆育种条件的种子,主要研究内容和成果如下:1)对传统脱粒装置种类进行归纳分析,根据育种试验避免籽粒混杂与机械损伤等特点,满足脱粒机械的技术要求,设计差速柔性带式大豆单株脱粒机,提出总体方案,阐述其工作原理,通过计算选择配套动力。为确定整机的结构与相关尺寸,对试验物料进行基础参数与力学特性的研究。2)为探求脱粒机最佳工作参数,设计脱粒试验装置,进行差速柔性带式大豆单株脱粒装置参数优化试验,对其上下脱粒带、脱粒带滚筒、可调节式脱粒带张紧装置、脱粒固定侧板等关键部件进行设计。将单株大豆脱粒过程分成起始喂入和稳定脱出两个阶段进行理论分析,通过公式推导确定影响装置脱粒效果工作参数。以脱粒间隙、上下带速度差、下带速度和脱粒行程作为影响因素,选取未脱净率、破碎率、夹带损失率和平均生产率作为试验指标,进行四因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验,探究各因素对指标影响规律,通过分析得到各个指标影响的主次顺序,优化结果表明:对于籽粒含水率16%~18%的收获期大豆种子,脱粒间隙7.55~13.00 mm,上下带速度差0.59~0.70 m/s,下带速度0.84 m/s,脱粒行程660mm,此时未脱净率低于1.2%,夹带损失率低于0.9%,破碎率低于0.8%,平均生产率高于35 kg/h。通过台架试验验证结果的可信性。3)对清选装置进行设计,通过统计分析大豆籽粒和各类豆荚在单株大豆中所占比例,对大豆豆荚进行仿真建模,并运用CFD-DEM耦合方式探究清选过程中风速和气流角度对籽粒损失率和清洁率的影响。通过仿真分析的方法,为掌握大豆籽粒的清洁率和损失率随着风速和风角改变的规律,对风速和风角进行单因素试验,为参数确定提供理论基础。4)基于SolidWorks三维软件的建模平台,对差速柔性带式大豆单株脱粒机进行整机的虚拟样机的设计,包括脱粒装置、清选装置、喂入口、除杂口、传动系统、机架等。并应用ANSYS软件主要对样机机架的主要受力部件进行受力分析和强度校核,得到机架的变形量、应力和应变云图,确定工作情况下机架的稳定性。