矮化密植红枣收获机激振装置设计与运动分析

为了解决矮化密植红枣人工收获的问题,根据新疆矮化密植红枣的种植模式和收获要求,研制了自走式矮化密植红枣收获机。介绍了激振装置的结构和工作原理,阐述了其设计过程。通过对激振装置进行运动分析,获得了工作过程中拨杆正反运动时速度、加速度和惯性力等参数值,为矮化密植红枣收获机的进一步研究提供了理论基础。     

种子清选机电磁变频激振清筛装置设计与试验

清筛装置对筛片的振动激励是提高物料透筛概率、减少筛孔堵塞以及有效清筛的根本因素。现有清筛装置多使用随机弹跳的橡胶球完成清筛作业,但其清筛效果易受到结构与工作参数制约。为解决橡胶球激振力难以精准调控问题,设计了电磁变频激振清筛装置,阐述了总体结构与工作原理,设计了激振清筛单体与变频激振控制系统,分析了振动激励作用机制;以加速度为指标,研究了弹簧预压缩量与激振频率对振动激励的影响规律,结果表明两者均与振动激励正相关;以净度、筛分效率、筛分时间、卡种数量为指标开展了16组玉米种子清选试验,试验结果表明弹簧预压缩量为2 mm、工作频率为3.5 Hz、清筛频率为50 Hz时清筛装置具有较好的作业效果,种子净度99.1%,筛分效率88.6%,筛分时间70 s,卡种数量为0;通过分段设置工作频率与清筛频率,实现了清筛装置激振力的精准调控,能够满足不同工况下正常筛分与强振清筛的作业要求。     

一种果实拍振复合采收技术装置设计与试验

首先提出一种利用曲柄摇杆和曲柄滑块机构相结合的拍振方法,可解决干果、浆果的高效低损收获问题。为获取最佳拍振作业参数,将拍振机构两组曲柄设定同频率动力输入和急回特性,以摇杆最大转角30°和滑块最大行程8 cm为约束条件,构建拍振轨迹和速度模型。设定曲柄输入转速180 r/min,分别对拍打、摇杆振动和拍振复合运动的最大输出速度进行仿真。试验表明,拍振复合采摘蓝莓的效果明显优于其他两种采收方式,最佳脱果输入转速在120～160 r/min之间,卡爪末端最大输出速度为168～294 cm/s,操作时间为4 s,脱果率大于80%,采用拍振法采收蓝莓、红枣等特经果类作物效果显著,对研究干果、浆果等的高效低耗采收具有一定的指导意义。     

玉米激振摘穗机理分析与参数试验优化

针对玉米立式激振摘穗缺乏相应摘穗机理的深入研究,开展了玉米摘穗机理的探讨,确定了适合玉米高效低损摘穗的激振波频特性曲线,建立了激振摘穗模型,分析了夹持位置、激振频率和振幅对玉米摘穗效果的影响规律;采用激振试验台开展了夹持位置、振幅、频率对其摘穗性能影响规律的单因素试验,确定了满足玉米果穗摘穗的参数取值范围;通过响应面分析试验,确定了适合玉米高效摘穗的最佳参数组合,即在籽粒含水率30.58%情况下,其夹持位置距离果穗重心10.8cm、激振波振幅0.6cm、激振波频率17.8Hz时,玉米摘穗断茎率为2%,摘穗成功率为98%,满足玉米收获的作业技术要求。     

矮化密植红枣采收装置的设计

设计了一种矮化密植红枣采收装置,阐述了该装置的结构及工作原理,主要对装置的拨杆架、偏心机构和集果装置进行了设计。该采收装置应用曲柄滑块机构的运动原理,采用高频小振幅树冠振动方式实现矮化密植红枣的采收,通过倒伞状集果装置完成果实收集。田间试验表明:对于含水率在60%以下的红枣,当振幅在0.014 m、频率在18～25 Hz(振动时间在7～15 s)时,落果率在93%以上。     

玉米收获机激振摘穗装置设计与试验

针对当前玉米果穗收获存在损伤大、效率低的问题，在原来激振摘穗技术研究的基础上，从激振辊夹持果柄实现激振波有效传递入手，结合激振摘穗实现果-茎分离的条件，开发了基于椭圆截面的新型摘穗装置，确定了该型摘穗辊结构参数的设计方法；根据激振摘穗过程中产生的激振波波形确定了椭圆激振辊的布局和结构参数，建立了椭圆激振摘穗试验台；通过正交试验确定了影响摘穗质量（果穗啃伤率、落粒率和茎秆折断率）的主次因素依次为激振辊长短径之比、激振辊基圆直径、摘穗辊转速；确定了较优组合，即当激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时，果穗啃伤率为0.38%，落粒率为0.12%，茎秆折断率为0.49%，均低于国家玉米收获机械技术标准要求。在较优参数组合下进行了试验验证，结果表明激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时，果穗啃伤率为0.39%，落粒率为0.12%，茎秆折断率为0.48%，与前期试验结果基本保持一致。     

喂入量扰动下联合收获机振动特性机理研究

针对喂入量变化引起各工作部件受到变载冲击和不平衡力,导致联合收获机工作时振动突变,影响整机工作稳定性与可靠性,本文基于联合收获机运动平衡方程和外界振动扰动信号相关性分析方法,通过开展田间工况下联合收获机变喂入振动试验,获取不同喂入量下主要工作部件的振动加速度信号。当喂入谷物呈现较强的阻尼特性时,振动加速度信号随之减弱,而收获机工作动力需求增加后,又会进一步导致振动信号增强的现象。通过快速傅立叶变换将加速度信号转换为频域信号,进一步掌握振幅的变化及激振频率特征。喂入量扰动导致的振动主要发生在低频激振频率范围,而喂入量表现出的阻尼特性对高频振幅起减弱作用。喂入量对脱粒滚筒振动影响最为明显,最大振幅由17μm衰减至2.8μm,变化量达83.5%,而割台与输送槽的变化量分别为55.8%和7.69%。脱粒滚筒的最大峰值点也由中频195Hz附近左移至靠近低频的117Hz附近。     

3—PUU并联机构激振台设计与仿真

为解决传统激振台不能实现多维同时振动的问题,基于并联机构组成原理,设计了用于中小型试验件振动测试的并联机构激振台,分析了3-PUU型三维纯平移并联机构的运动特性,通过计算得出了正、逆解析解.在ADAMS中建立该并联机构的虚拟样机模型,并通过仿真验证了并联机构激振台的可行性.     

基于激振理论的玉米多棱摘穗辊设计与试验

针对当前纵卧辊式玉米收获机作业存在籽粒啃伤严重和落粒损失大的问题,以激振理论为指导,以玉米果穗与茎秆分离为条件,建立了适于玉米机械化收获的玉米激振摘穗理论模型;以该激振摘穗模型为指导,构建并优化了适于玉米激振运动的摘穗辊外形结构和配置方式,开发了相应的激振摘穗试验台;采用Box-Behnken试验设计方法,研究了激振摘穗辊棱边数、振幅、摘穗辊转速对果穗摘穗过程籽粒破损率和落粒损失率的影响规律,建立了试验因素与考察指标之间的回归方程,并生成了相应的响应曲面。结果表明,激振摘穗装置中棱边数、振幅和摘穗辊转速对收获过程果穗籽粒破损率和落粒损失率有显著的影响。以非线性规划理论为指导,确定了最佳组合为摘穗辊转速950 r/min、棱边数8、振幅0. 75 cm,在该条件下进行了试验验证,得出平均籽粒破损率为0. 124%,平均落粒损失率为0. 228%,均低于国家玉米收获机械技术标准要求。     

变频液压可控周期性激振测试系统设计与仿真

为研究能够人为产生和主动控制的液压激振水击波,首先建立了系统数学模型,设计了变频液压激振测试系统.然后通过给定的偏微分运动方程,采用矩形网格特征差分法编程求解出激波器在变频条件下产生的激振压力和流速沿管道断面随时间的变化情况.数值模拟表明沿管道各断面输出的为简谐振动,且油缸处激振压力和流速随激波器频率的增大而增大.系统实测数据与仿真结果接近,说明通过对激波器进行调频可以实现对液压缸激振压力和运动频率的可控调节,为液压激振的振动特性及可控性研究提供了部分理论依据.     

红枣采收激振器的设计与运动仿真

为了降低人工采收成本,提高红枣的收获效率,促进红枣机械化收获方式及红枣产业的健康发展,设计了一种由3个偏心块为动力源的激振器。该激振器采用液压马达驱动,利用同步带轮驱动偏心块转动产生的离心力力偶做功使激振器的壳体振动。对壳体进行受力分析和运动形式的理论分析,并利用Solid Works软件建立激振器的三维模型,导入ADAMS软件中进行无阻尼仿真分析,通过受力分析和理论分析证明壳体的运动规律符合简谐运动。仿真结果表明:壳体的运动规律与理论分析基本一致,验证了阻尼装置是激振器不可缺少的一部分。本研究可为红枣收获机激振装置的设计提供理论基础和技术支持。     

油葵联合收获机清选装置结构优化与试验

针对油葵联合收获作业过程中存在籽粒含杂率及损失率偏高的问题,测定油葵脱粒后脱出物的尺寸特征和悬浮特性,通过机构的运动学分析与物料的受力分析,确定了油葵联合收获机清选装置主要结构参数与工作参数。以风机转速、振动频率和分风板倾角为影响因素,油葵籽粒含杂率和籽粒损失率为评价指标,开展工作参数优化试验,单因素试验结果表明,清选装置较优工作区间为：风机转速1100~1300r/min、振动频率3~5Hz、分风板倾角20°~40°;设计Box-Behnken试验,建立了响应面回归模型,并进行参数优化,结果表明：各试验因素对含杂率和损失率影响显著性大小顺序均为风机转速、振动频率、分风板倾角;当风机转速1200r/min、振动频率4Hz、分风板倾角27°时,试验结果表明平均油葵籽粒含杂率为4.25%,平均籽粒损失率为1.82%,满足油葵联合收获机清选的国家标准要求。     

机械振动式红枣收获的动力学研究

利用有限元分析软件对枣树模型机械振动机理进行动力学仿真分析。首先,对不同年限枣树建模三维模型并进行模态分析,结果显示不同生长年限枣树在第3、4阶模态时具有较为理想的模态响应,由此确定机械振动力传递分布较好的频率范围为12~20 Hz;其次,在模态响应分析基础上对枣树模型进行谐响应分析,结果显示3年生、5年生和8年生枣树所施加激振力的最佳激振频率分别为18、14、12 Hz。本研究可为机械振动式红枣收获机激振频率范围选择提供理论依据。     

三七收获机输送分离装置作业机理分析与参数优化

针对丘陵山区三七机械化收获根土分离难、输送效率低等问题,开展了三七收获机输送分离装置作业机理与参数优化试验研究。首先,通过理论分析建立了三七根土复合体在输送过程中的动力学模型;其次,利用高速摄影获取三七根土复合体的运动轨迹,确定三七输送、根土分离、须根断裂等作业机理;与此同时,基于EDEM-RecurDyn耦合开展三七根土复合体输送分离作业联合仿真,验证了模型的可靠性,明确了三七根土复合体输送分离规律,确定了影响三七根土分离的主要作业参数为：升运速度、升运倾角、振动幅度、振动频率;最后,开展台架试验并利用Design-Expert软件进行分析寻找最优作业参数。结果表明：当最优作业参数组合升运倾角为21°、振动幅度为44mm、升运速度为0.9m/s、振动频率为1.6Hz时,三七输送率、三七筛净率分别为93.60%、92.64%,符合三七收获机输送分离作业要求。     

矮化密植红枣收获机捡拾装置的设计

针对红枣人工捡拾劳动强度大、作业效率低、生产成本高等问题,设计了一种矮化密植红枣收获机捡拾装置。该装置与红枣收获机联合作业,能够实现红枣一次性捡拾收获。为此,介绍了捡拾装置的结构与工作原理,并对关键工作部件进行了设计。采用复数矢量法对捡拾机构进行运动学分析,确定了偏心轮、吊杆、连接杆等关键工作部件的结构参数。通过对捡拾拨杆进行运动分析,获得了工作过程中拨杆端点的运动方程,并确定了红枣抛送初速度与偏心轮转速之间的关系,为红枣收获机捡拾装置的试验研究提供了理论基础。     

根茎类中药材收获机挖掘装置设计与仿真试验

针对根茎类中药材收获机采用固定式挖掘铲收获时,存在挖掘深度不足,入土阻力大,功率损耗严重,碎土效果差,铲尖磨损较大等问题,采用理论计算与数值仿真的方法,对振动式挖掘装置的挖掘铲参数、运动机构、铲面运动特性和工作效果进行研究。结果表明:该装置采用锯齿形平面三角铲,铲刃张角≤94°、入土角为20°～30°、工作深度≥500 mm,铲面长度为772 mm,运动机构类型为四连杆机构,工作时做平面运动,其水平方向运动类似于余弦函数曲线,垂直方向为正弦函数曲线,速度与加速度变化类似。挖掘铲在水平方向和垂直方向的运动曲线平滑顺畅,运动类型与理论推导值吻合,为简谐运动,运动过程无干涉现象,速度与加速度变化均符合运动规律。当挖掘装置的前进速度为2.4 m/s,入土角为25°,转速为280 r/min时,该装置的挖掘阻力最小。采用振动式挖掘装置对中药材进行收获时,可有效减小挖掘阻力,具有良好的碎土分离效果,整体运行平稳,工作可靠,各项性能均满足行业标准要求。     

可变地隙自走式红枣收获机设计与试验

为提高自走式红枣收获机的采收率,针对南疆矮化密植红枣种植现状,设计了一种新型的可变地隙自走式红枣收获机。介绍了该机的整机结构和工作原理。研制了可变地隙底盘、柔性采摘机构、鱼鳞式柔性导流机构和风力辅助式清选输送机构,实现了对红枣的采摘、输送和清选。开展相关试验,试验结果表明,整机工作可靠稳定,地隙高度为0.15 m时,采净率＞95%,能够满足果农对红枣采收的要求。      

油菜收获清选筛面物料匀散导流装置设计与试验

针对长江流域油菜主产区普遍使用的履带式油菜联合收获机进行高密高产油菜收获时清选筛面脱出物易堆积,影响油菜籽粒透筛,导致清选损失率高和作业效率低的问题,通过分析清选过程中物料抛散运动规律,设计了筛面物料匀散导流装置,确定了影响清选系统作业性能的装置关键结构与作业参数。构建了清选系统CFD-DEM耦合仿真分析模型,采用二次回归正交组合试验方法,探究了导流杆摆动频率、导流杆转速、驱动关节滑槽倾角对清选损失率、清选含杂率的影响,确定了最优参数组合。仿真试验结果表明,各因素对损失率和含杂率均具有显著影响,其中以导流杆摆动频率影响最显著,最优参数组合为导流杆摆动频率12.5Hz、导流杆转速120r/min、滑槽倾角20°。基于优化后的参数进行台架试验,结果表明,在相同的大喂入量条件下,增设筛面匀散导流装置后清选损失率为3.97%,含杂率3.71%,对比原清选系统损失率降低49.8%,含杂率降低34.7%,能够满足高密高产油菜的低损高效清选作业要求。     

根茎类作物单摆铲栅收获装置驱动转矩特性研究

单摆铲栅收获装置的驱动转矩为4组单体转矩的耦合叠加且随负载周期变化,最大驱动转矩及转矩波动度直接影响了拖拉机功率匹配与功率利用效率。为研究收获装置驱动转矩特性,在工作单体受力分析基础上建立了单体转矩、驱动转矩、比功耗解析方程,结合离散元仿真分析了收获装置驱动转矩时域响应特点：单体转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化规律,受组间振动平衡与土壤粘塑性作用,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期微变的规律,峰值约为单体转矩的1.2~2.3倍。为明确相关参数对驱动转矩的影响,开展了四因素三水平Box-Behnken仿真试验,建立了最大驱动转矩、转矩波动度、比功耗预测数学模型,仿真试验结果表明：振幅、振动频率、挖掘深度、前进速度、振幅与振动频率交互项均是最大驱动转矩、比功耗的主要影响因素,振动频率、挖掘深度对转矩波动度有较大影响。甘草收获田间试验结果表明：当挖掘深度为450~500mm时（工况1）,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化的规律,最大驱动转矩为797.17N·m、转矩波动度为2.54、比功耗为122.06kJ/m3、收净率为96.42%;当挖掘深度为350~400mm时（工况2）,最大驱动转矩较工况1下降约39.44%,转矩波动度下降约27.95%,比功耗与收净率基本不变。该研究可为单摆铲栅收获装置结构参数优化及根茎作物振动减阻节能收获研究提供参考。     

4UD―1型马铃薯挖掘机的仿真研究及模态分析

4UD―1型马铃薯挖掘机采用振动式挖掘铲和抖动式分离筛结构,影响其工作性能的主要因素是牵引速度、铲和筛振动的频率和幅值。为得到挖掘机正常工作时的关键参数,应用Pro/E建立了挖掘机参数化模型,在ADAMS中进行了仿真,得到振动铲、抖动筛的运动学变化曲线和整机工作时的振动频率、幅值。结果表明,振动铲和抖动筛的振动频率均为9Hz,振动幅值分别为3.6mm和33.1mm,振动铲与抖动筛共同工作时振动幅度为29.5mm。这为提高挖掘机的工作性能提供了研究数据。再利用Ansys10.0进行挖掘机机架的模态计算分析,得到在添加铲与筛的质量后,机架的固有频率为43.9Hz,远大于挖掘机的工作频率,避免了挖掘机的共振,保证了工作稳定性,同时也为挖掘机振动频率的提高给定了一个范围。