论文题目：高含水率玉米单纵轴流板齿脱粒装置技术研究
摘要：玉米是我国的第一大粮食作物,在我国经济发展中起到不可替代的作用,目前,我国正处在由玉米果穗收获转变为籽粒直收的关键阶段。脱粒过程是玉米籽粒直收过程中最重要的工序,在脱粒过程中,脱粒滚筒、凹板等机械部件对玉米果穗进行击打、搓擦使其脱粒,而玉米含水率的大小会影响玉米果穗及其籽粒的物理力学特性,进而影响玉米收获的脱净率和损伤率,掌握田间玉米含水率的变化趋势及不同含水率下玉米籽粒的物理力学特性,对我们设计制造脱粒装置具有重要意义。本研究进行了收获期玉米物理力学特性试验,分析脱粒机理,对课题组开发的纹杆式脱粒滚筒进行田间试验与仿真分析,通过对比二者数据验证仿真分析软件具有分析脱粒性能的可行性,在此基础上,对开发设计的单纵轴流板齿式脱粒装置进行仿真分析,得到最优结构参数,主要内容如下:（1）进行了高含水率玉米物理力学特性研究。对先玉335和飞天358品种玉米收获期含水率进行监测,测定两品种玉米果穗几何尺寸,籽粒千粒重、体积和密度。对两品种玉米籽粒在平放、立放和侧放三种放置状态下的抗压特性进行探究,获得玉米籽粒抗压特性随含水率的变化规律。测定玉米籽粒在不同籽粒支撑条件下,分别从轴向和切向施力时最小脱离力的变化情况,为设计单纵轴流脱粒分离装置结构参数和后续仿真分析提供数据支撑。（2）分析了单纵轴流脱粒装置的脱粒机理及通过对比田间与仿真试验数据验证仿真软件可靠性。以单纵轴流脱粒装置为例进行脱粒过程和脱粒机理的分析,说明了在脱粒过程不同阶段玉米果穗的主要存在形式。建立Hertz接触理论模型分析玉米籽粒与脱粒元件碰撞时,影响籽粒破损临界速度的因素。对课题组开发的纹杆式脱粒滚筒进行田间单因素试验,并利用吉林大学于建群教授课题组研发的AgriDEM仿真软件进行相同工作参数下的仿真试验,通过对比数据验证仿真分析软件可靠性,可以用于分析脱粒装置的脱粒性能。（3）开发设计了一种板齿式单纵轴流脱粒分离装置。主要设计了一种弹性板齿式脱粒元件,并在分离段采用与钉齿混合的方式,提高脱粒效率。对板齿式单纵轴流脱粒分离装置各部分结构参数进行设计与分析,确定滚筒长度、直径、螺旋喂入头数及叶片升角等参数,凹板筛采用外径16mm、厚度3mm的圆形钢管结构,提高装置脱粒分离性能。顶盖包角180°,导流板螺旋升角30°,以期达到高含水率玉米的高效低损脱粒性能。（4）对开发设计的板齿式单纵轴流脱粒分离装置进行了脱粒性能的仿真分析。利用AgriDEM仿真软件对开发设计的脱粒装置进行仿真分析,以滚筒转速、脱粒间隙和喂入量三个参数为试验因素进行三因素三水平正交试验仿真,建立玉米果穗脱净率和籽粒损伤率的二次回归模型,通过响应面分析法得到当三个试验因素分别处于零水平时,另外两因素变化对单纵轴流脱粒分离装置脱粒性能的影响大小和试验指标的变化趋势,最优工作参数组合为在滚筒转速39.35rad/s、脱粒间隙41.15mm、喂入量8.1kg/s的条件下,玉米果穗脱净率为95.89%,籽粒损伤率为3.07%,为后续提高板齿式脱粒分离装置脱净率、降低损伤率的试验研究提供数据参考。
关键词：玉米脱粒;高含水率;脱粒装置;板齿;仿真分析
学科专业：农业工程（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 玉米物理力学特性研究现状
1.2.2 脱粒装置研究现状
1.2.3 仿真软件研究现状
1.3 研究目标与内容
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 技术路线
1.4 本章小结
第2章 玉米果穗及籽粒物理力学特性研究
2.1 玉米果穗含水率与几何尺寸
2.1.1 玉米含水率变化趋势
2.1.2 玉米含水率测定
2.1.3 玉米果穗几何尺寸
2.2 玉米籽粒物理特性研究
2.2.1 千粒重测量
2.2.2 体积和密度测定
2.3 玉米籽粒抗压特性试验
2.3.1 试验方案
2.3.2 试验结果与分析
2.4 玉米籽粒最小脱离力研究
2.4.1 试验方案
2.4.2 试验结果与分析
2.5 本章小结
第3章 脱粒机理分析与仿真软件可靠性验证
3.1 单纵轴流脱粒装置脱粒机理
3.2 单纵轴流脱粒接触力学模型
3.2.1 Hertz接触理论分析
3.2.2 玉米籽粒与脱粒元件的接触力学模型
3.3 田间试验方案与结果分析
3.3.1 试验设备与材料
3.3.2 试验方法
3.3.3 滚筒转速单因素试验结果及分析
3.3.4 脱粒间隙单因素试验结果及分析
3.4 虚拟仿真试验与结果对比分析
3.4.1 仿真试验方法
3.4.2 仿真试验结果与田间试验结果对比分析
3.5 本章小结
第4章 单纵轴流脱粒装置设计与仿真分析
4.1 单纵轴流脱粒分离装置的设计
4.1.1 滚筒筒体长度与直径设计
4.1.2 凹板与顶盖设计
4.1.3 喂入机构设计
4.1.4 脱粒元件设计
4.2 板齿式单纵轴流脱粒分离装置仿真正交试验
4.2.1 仿真试验方案
4.2.2 仿真试验结果
4.2.3 方差分析
4.2.4 响应面分析
4.5 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
导师及作者简介
致谢