4U-1400FD型马铃薯联合收获机挖掘铲的参数优化

对4U-1400FD型马铃薯联合收获机的挖掘铲建立牵引阻力的数学模型,在此模型下分析挖掘铲的铲面倾角、作业速度、挖掘深度、铲体长度等因素对挖掘铲牵引阻力的影响.结果表明:挖掘铲参数的最佳组合为铲面倾角20°,铲体长度470 mm,铲宽1 400mm.通过田间试验,该挖掘铲的性能符合规定的指标.     

马铃薯二阶凸面挖掘铲的设计与研究

挖掘铲作为马铃薯收获机的核心部件,其参数与铲体机构设计不合理会直接导致马铃薯在收获时产生壅土和伤薯问题,针对该问题设计出一种二阶凸面挖掘铲。通过对挖掘铲建立阻力模型,分析确定挖掘铲主要参数:宽度为100 mm、铲刃倾角为50°、铲面倾角为20°、铲的总体长度为350 mm、挖掘深度为186 mm。对设计的挖掘铲与三角平面挖掘铲进行有限元分析对比与试验验证,结果可知,该设计能够有效解决壅土和伤薯问题。     

大红萝卜收获机挖掘铲的设计及力学分析

为解决东北大红萝卜收获机械化较低,收获速度较慢,劳动强度大等突出问题,采用数理统计方法对大红萝卜的自然生长特性进行分析,得到了大红萝卜的直径、质量、食用根长度、食用根土下埋藏深度的分布区间等相关数据,为大红萝卜收获机设计提供了必要的理论依据。对大红萝卜收获机的挖掘机构进行了分析,建立了挖掘铲的力学模型,得到了挖掘摩擦力、挖掘阻力随挖掘铲铲面倾角变化的关系曲线图,为挖掘铲的铲面倾角设计提供了理论依据。从挖掘铲铲柄间距、挖掘铲长度、入土深度、铲面宽度、铲刃角等角度对挖掘铲结构进行了分析与设计,为大红萝卜收获机研制进行了技术储备。     

2种马铃薯挖掘铲的对比分析

马铃薯挖掘机挖掘铲的结构直接影响着挖掘机的入土性能、碎土性能、动力性及刚度,在含水率约为12.6%的黄绵土中对三角形平面铲和栅条式挖掘铲的入土性能和碎土性能等方面进行对比分析.结果表明:栅条式挖掘铲挖掘效果优于三角形平面铲,动力性能好;且栅条式挖掘铲的栅条对土壤有拱碎作用,能够减少进入分离装置的土壤量,有利于土薯分离.     

振动挖掘铲减阻数值模拟及参数优化

对小型振筛式马铃薯挖掘机振动挖掘铲的性能参数进行优化,借助Adams和Ls-Dyna相结合法模拟振动挖掘铲挖削土壤过程,据4因素3水平响应曲面法试验设计原理对影响挖掘铲挖削阻力的因素进行了多因素方差分析,并建立和优化了回归模型。结果表明:影响牵引阻力的因素由大到小依次为振动频率、牵引速率、入土角、振幅;当牵引速率为0.67m/s、振动频率13.77Hz、振动幅值11.93mm、入土角8.35°时,优化牵引阻力为1 449.59N。田间验证试验结果表明:试验阻力平均值与仿真结果误差5%,说明回归模型能较好的反映振动频率、牵引速率、入土角、振幅于牵引阻力之间的关系。     

丘陵山区小型马铃薯收获机设计与试验

针对中国西南丘陵山区马铃薯收获作业中存在的引进机型适用性低、明薯率低、伤薯率高、破皮较严重、机械化收获程度低的问题,设计一种适用于丘陵山区的小型马铃薯收获机,整机主要由三点悬挂装置、挖掘装置、激振式分离筛、多级振动调整装置、挖掘调整装置、变速箱、传动装置等组成。结合具体作业要求,对挖掘装置和升运分离装置进行参数确定和选型设计。挖掘铲为设有圆弧过渡曲面的二阶铲,增强了碎土剪切性能,提高了顺土能力。建立挖掘过程的挖掘装置阻力模型和运动学模型,并对挖掘装置进行有限元分析,得出挖掘装置的最大应变为5.05×10^-8 m·m^-1,最大应力为9 327.7 Pa,最大变形为2.98×10^-4 mm。建立马铃薯升运过程的运动学模型,对薯土混合物的运动形态进行分析,根据所计算的相关参数设计了二次正交旋转组合试验,分别对各试验指标进行响应曲面分析。发现影响明薯率的主要因素为作业速度和分离筛倾角,影响伤薯率的主要因素为作业速度和分离筛倾角,影响破皮率的最主要因素为入土角和分离筛倾角。田间试验结果表明:当作业速度为1.05 m·s^-1,入土角为17°,分离筛倾角为15°时,试验条件下的明薯率为96.7%,伤薯率为1.3%,破皮率为1.5%,上述指标优于国家标准,符合马铃薯收获作业要求。     

振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机作业性能试验

为获得振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机最佳作业参数,依据振动减阻收获机理,通过改变影响振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机收获作业性能指标的4个主要作业参数：整机前进速度、挖掘深度、挖掘铲长度、曲柄偏心距,以挖掘机损失率、明薯率及伤薯率为评价指标进行马铃薯挖掘性能试验。结合正交试验研究,应用综合评分法得出了振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机作业时各参数的最优组合,即：整机前进速度为0.55 m·s^-1、挖掘深度为210 mm 、挖掘铲长度205 mm、曲柄偏心距为6 mm。按照该最优组合作业参数进行试验验证,结果表明,该马铃薯挖掘机明薯率为97.6%、伤薯为3.9%、损失率为3.5%,符合马铃薯收获机质量评价技术规范要求。     

4S-80马铃薯振动挖掘机牵引阻力的测试分析

振动挖掘铲可大幅降低其入土阻力,4S-80马铃薯挖掘机采用铲筛一体的振动式结构。为了探知振动铲筛的实际降阻效果,设计了动态测试装置,并进行了几种不同作业状况下的牵引阻力测试。结果表明,铲筛振动状态下可显著降低挖掘作业时的机具牵引阻力和拖拉机牵引功率;低速作业时作业速度变化对振动挖掘铲作业的牵引阻力影响不大;机具挖掘深度增加时,拖拉机牵引阻力和牵引功率会明显增大。     

液压激振式马铃薯收获机挖掘装置的设计

在对振动速度变化成正弦曲线的挖掘铲进行运动学分析的基础上提出了振动挖掘铲的理想工作状态.应用动粘摩阻力模型对振动挖掘铲切入和提升阶段进行了动力学分析.在此基础上,以拖拉机液压输出作为动力源设计了一种液压激振式马铃薯收获机挖掘装置.应用SolidWorks和ADAMS软件建立了虚拟样机模型,在ADAMS中进行了虚拟试验.虚拟试验结果验证了设计的正确性,试验表明,设计的液压激振式马铃薯收获机挖掘装置具有振幅和频率调整方便的特点,在4～10 Hz范围内能较好的进行振动掘削,挖掘铲的平均牵引阻力为1.3～1.9 KN.     

黄芪振动挖掘机工作参数的优化与试验

针对现有中药材挖掘机在挖掘黄芪时出现分离效率低、损伤率较高等问题,对典型中药材振动挖掘机的工作参数进行优化,使其满足黄芪挖掘作业。对其振动机构进行运动分析,通过Mathlab优化工具箱对振动机构的核心参数进行优化。基于Box-Behnken试验设计法以牵引速度、挖掘铲振动频率和铲面倾角为影响因素,以明茎率为主要指标,兼顾伤茎率进行参数优化。结果表明:当整机牵引速度为0.64m/s,挖掘铲振动频率为8 Hz,铲面倾角为15°时,明茎率为95.62%、伤茎率0.73%。田间试验结果表明:同等条件下,明茎率为93.62%、伤茎率0.82%;整机运行平稳可靠。优化的振动挖掘机满足黄芪挖掘农艺要求。     

振动挖掘式马铃薯收获机设计与试验(英文)

为进一步解决我国丘陵山区马铃薯机械化收获问题,依据振动减阻收获机理,设计了一种与手扶拖拉机配套使用的振动挖掘式马铃薯收获机。对该收获机振动挖掘装置作业机理和振动铲运动学、动力学特性进行了研究分析,并确定了振动铲相关结构和工作参数。以机组前进速度、振动铲振频、振动铲振幅为试验因素,伤薯率和明薯率为试验指标进行了三元二次正交旋转组合试验。运用数据处理软件对回归方程进行了显著性分析,并建立了各试验因素与指标之间的数学模型。优化得出最佳因素组合为:机组前进速度0.85 m/s、振动铲振频12 Hz、振动铲振幅14.5 mm、伤薯率1.21%、明薯率98.51%。最佳参数组合下的验证试验结果表明:平均伤薯率1.28%、平均明薯率98.48%,作业性能符合马铃薯收获要求。     

船形铲式蔬菜种植开沟器的设计

根据开蔬菜种植沟的农艺要求,创新了船形铲式开沟器的结构和工作原理,确定了入土角、入土隙角、铲头张角、铲刃最小半径、船头前倾角、铲头长度、船身长度为作业性能影响参数。在根据性能参数值绘制开沟器的型线图的基础上,用UG软件设计了一种船形铲式蔬菜种植开沟器,并对开沟器进行了作业曲面的光顺性检查改进和开沟过程中受力性能的有限元分析优化,最后3D打印出开沟器模型以供评测和指导量产。     

基于EEPA接触模型的土壤耕作特性模拟及颗粒球型影响分析

采用EEPA(Edinburgh elssto-plastic adhesion)接触模型模拟土壤耕作特性,探究颗粒球型对土壤离散元模型仿真精度及计算效率的影响。测定了室内土槽土壤的静态堆积角、轴向压力、耕作阻力、耕作堆积角等土壤特性参数,确定并优化了单球土槽土壤离散元模型仿真参数。建立土槽土壤-挖掘犁铲离散元耦合仿真模型并进行仿真参数验证,耕作阻力模拟值与实测值误差为1.70%。以13 mm为等效粒径确定了单球、双球、三球、四球等4种土壤颗粒的外形尺寸,采用单球、单球变粒径、双球、三球、四球、多球混合等填充方式建立了6种虚拟土槽,以耕作阻力、耕作堆积角、仿真时间为试验指标开展挖掘犁铲耕作过程仿真试验。试验结果表明:6种虚拟土槽的耕作阻力模拟值与实测值相对误差均小于8%,能够满足耕作阻力模拟要求;耕作堆积角模拟值与实测值相对误差为2.32%~20.32%,单球变粒径、四球、多球混合等虚拟土槽耕作堆积角相对误差均小于10%;单球土槽挖掘犁铲耕作仿真时间约为80.44 min,受土壤颗粒填充数量、接触关系及颗粒球型等因素影响,其他填充条件下仿真时间均有显著增加。综合考虑仿真精度及计算效率,土壤耕作阻力模拟时虚拟土槽宜采用单球颗粒填充方式,耕作堆积角模拟时虚拟土槽宜采用四球或多球混合填充方式建立。该研究为土壤-机具互作离散元仿真的建模,EEPA接触模型的参数选择,颗粒球型及填充方法的确定提供了依据和参考。     

基于EDEM的双翼式深松铲设计与仿真试验

设计了一种由铲柄、铲翼及铲尖组成的双翼式深松铲,建立了基于EDEM离散元仿真模型,分析确定了双翼式深松铲主要工作参数及结构参数并进行仿真试验.结果表明,在试验范围内,双翼式深松铲耕作阻力F随铲翼翻土角γ及起土角α增大而增小,随耕作速度v先减小后增大.当双翼式深松铲铲翼翻土角γ取30°、起土角α取30°、耕作速度v取0.75 m/s时,双翼式深松铲耕作阻力F最小.土槽试验结果表明,双翼式深松铲作业时,土壤沿铲翼后部自动向内及后方迁移,土壤原地翻转,不堆积在侧边地表且两侧扰动小.     

铲筛激振式马铃薯挖掘机的设计与研究

针对我国丘陵山地作业大型机械不适宜、小型手扶类拖拉机动力不足的问题,以减阻和提高土薯分离效率为目标,设计了一种铲筛激振式马铃薯挖掘机。该机将挖掘铲后端设计成栅格状,分离筛各齿条倾角由内向外增大,增加了土薯分离面积;采用铰链四杆式摆动机构和组合式偏心轮,可实现挖掘铲倾角和振幅调整。田间试验表明,该机土薯分离效果良好,明薯率为96.2%,挖净率为97.8%,伤薯率低于3.9%;在前进速度为0.34 m/s情况下,无振动时的平均牵引阻力为1 498 N,而频率为14 Hz,振幅为4 mm和8 mm时的平均牵引阻力分别为1 204 N和995 N。研究表明,振动挖掘可以降低牵引阻力,提高土薯分离效率,所设计的挖掘机性能指标均满足作业要求。     

马铃薯仿生挖掘铲片的设计与仿真

据蝼蛄前足胫节爪趾第1趾的体视显微镜照片设计了马铃薯挖掘机挖掘铲铲片,为马铃薯挖掘机提供了一种减阻效率较高的挖掘铲。应用AutoCAD软件获取爪趾外侧曲线和内侧曲线的轮廓点,并将点坐标值数据使用LIST命令导出,并借助EXCEL软件多项式拟合法对爪趾的侧面轮廓线进行拟合,在拟合多项式的基础上在Solidworks软件中进行仿生铲片的建模,最后应用LS-DYNA软件仿真模拟普通铲片与仿生铲片挖削土壤的过程,并测定两种铲片的土壤阻力。仿真结果表明,仿生铲片较普通铲片土壤阻力减小近61%。所设计的仿生挖掘铲片为马铃薯挖掘机挖掘铲减阻技术要求提供了一种解决思路,且结构新颖。     

Simulation Analysis of a New Type of Bionic Digging Shovel Based on DEM

The performance of a digging shovel mainly depends on the style of the shovel, while the conventional experiment methods always suffer from the problems of high lost and long period. Aiming at these problems and the characteristic that soil is composed of countless small particles, dynamic simulation analysis was performed on the resistance to a bionic digging shovel and crushing rate of the soil during the normal working process of the bionic digging shovel by EDEM through numerical simulation, calculation and comparison. The results showed that compared with the ordinary shovel, the average drag-reducing rate in the X direction was 10.41％, and the average drag-reducing rate in the Y direction was 16.28％, and the soil crushing rate was improved by 2.67％. Therefore, the bionic digging shovel has certain superiority and extension value in structure and performance. Moreover, this analysis case fully demonstrates the unique advantage of DEM method and its generalizability, and provides certain reference for similar studies.