玉米籽粒力学特性试验与脱粒试验台设计研究

摘要

黄淮海地区粮食种植模式为冬小麦夏玉米两作生产，玉米进行籽粒机械化收获时，由于含水率较高，导致玉米籽粒破碎率较高。玉米籽粒的力学特性、含水率以及脱粒装置的结构参数是影响玉米脱粒破碎率的重要因素，因此为提高玉米籽粒机械化收获技术水平，探究与破碎率相关的影响因素，对高含水率玉米籽粒的力学特性进行研究并设计切流-横轴流玉米脱粒系统。主要研究工作包括以下几个方面:
　　(1)为研究玉米籽粒力学特性，对黄淮海地区机收效果较好的桥玉8号等6个品种玉米籽粒进行试验。得到玉米籽粒的三轴尺寸、球度、千粒重、体积、密度、最大破碎压力和弹性模量，玉米籽粒的三轴尺寸均随着含水率的降低呈不同程度的减小。对不同玉米品种籽粒的力学特性进行分析，结果表明不同品种玉米籽粒的最大破碎压力和弹性模量都与含水率呈显著的线性负相关，不同玉米品种之间的最大破碎压力和弹性模量也有明显的差别;对最大破碎压力数据和弹性模量数据进行回归分析，建立含水率和最大破碎压力、含水率和弹性模量的回归模型。
　　(2)在玉米籽粒力学特性试验分析的基础上，为解决玉米籽粒收获破碎率高的问题，以目前玉米籽粒收获机市场占有率较大的横轴流脱粒技术为基础，利用SolidWorks三维建模软件设计切流-横轴流玉米脱粒试验台，试验台包括动力与传动系统、输送系统和脱粒系统。脱粒系统中的切流滚筒设计为钉齿式，轴流滚筒设计为钉齿-板齿混合排布形式，凹板筛设计为栅格式，喂入量可以通过调节输送带托辊的线速度进行调节，滚筒转速可以通过变频器进行调节。采用ADAMS软件对试验台上的轴流滚筒和切流滚筒进行了动平衡模拟仿真，结果表明，轴流滚筒和切流滚筒符合机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求。为了验证轴流脱粒滚筒的振动安全性，采用ANSYS软件对轴流滚筒进行了自由状态下的模态分析，结果表明轴流滚筒工作平稳。利用所设计的脱粒试验台，针对河南省农作物品种审定委员会机收重点推荐品种桥玉8号玉米果穗进行脱粒试验，试验结果表明，含水率在28％以下，切流滚筒与轴流滚筒的脱粒能力相当，当含水率高于28％，切流滚筒脱粒能力明显弱于轴流滚筒;籽粒含水率和滚筒线速度对破碎率有很大的影响。
　　(3)分析玉米籽粒力学特性和破碎率之间的关系，结果表明玉米籽粒最大破碎压力和弹性模量都与破碎率呈负相关，随着最大破碎压力和弹性模量的增加，玉米籽粒破碎率减小。当玉米籽粒的最大破碎压力达到400.55N，弹性模量达到303.75MPa时，在切流滚筒脱粒线速度为18.03m/s的条件下，玉米籽粒破碎率为3.9％，破碎率在国家规定的范围内，符合玉米籽粒收获技术条件。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题来源和研究目的意义

1．2 玉米籽粒力学特性研究进展

1．3 国内外玉米脱粒和籽粒收获技术研究进展

1．3．1 玉米脱粒装置结构原理

1．3．2 国外玉米脱粒和籽粒收获技术

1．3．3 国内玉米脱粒和籽粒收获技术

1．4 主要研究内容

1．5 技术路线

1．6 本章小结

2 玉米籽粒力学特性试验研究

2．1 试验仪器

2．2 试验材料与测定方法

2．2．1 试验材料

2．2．2 测定方法

2．3 测定结果分析

2．3．1 玉米籽粒三轴尺寸

2．3．2 玉米籽粒千粒重、体积和密度

2．3．3 玉米籽粒含水率与最大破碎压力

2．3．4 玉米籽粒含水率与弹性模量

2．4 本章小结

3 玉米脱粒试验台设计研究

3．1 脱粒试验台总体结构与工作原理

3．1．1 脱粒试验台总体结构

3．1．2 脱粒试验台工作原理

3．2 动力与传动系统设计

3．3 输送系统设计

3．4 脱粒系统设计

3．4．1 机架和观察窗

3．4．2 喂料斗

3．4．3 切流滚筒

3．4．4 轴流滚筒

3．4．5 凹板筛

3．4．6 排杂口

3．4．7 接料斗

3．5 滚筒动平衡分析

3．6 轴流滚筒模态分析

3．7 本章小结

4 玉米脱粒试验

4．1 试验准备

4．2 试验结果分析

4．2．1 切流滚筒和轴流滚筒脱粒能力对比分析

4．2．2 含水率对籽粒破碎率的影响

4．2．3 滚筒线速度对籽粒破碎率的影响

4．2．4 玉米籽粒力学特性与脱粒破碎率的关系

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录