粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题,设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析,确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素,得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数;以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素,以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验,试验结果表明:二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时,其明薯率为98.1%,伤薯率为1.1%,高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。     

4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机设计与试验

针对传统一级升运链马铃薯挖掘机土薯分离效果差、人工捡拾铺条劳动强度大的作业难题,设计了4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机。对挖掘机阶梯挖掘铲、两级升运链式土薯分离输送装置及液压开启式集薯箱等关键部件进行设计与选型,并完成其关键参数的计算确定。以样机前进速度、一级土薯分离装置线速度和二级土薯分离升运装置线速度为自变量,以明薯率和伤薯率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与明薯率、伤薯率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明,对明薯率影响的主次顺序依次为二级土薯分离升运装置线速度、样机前进速度和一级土薯分离装置线速度,对伤薯率影响的主次顺序依次为一级土薯分离装置线速度、二级土薯分离升运装置线速度和样机前进速度;马铃薯挖掘机最佳工作参数为:样机前进速度1. 50 m/s、一级土薯分离装置线速度1. 37 m/s、二级土薯分离升运装置线速度0. 89 m/s。验证试验表明,4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机作业后,明薯率为95. 11%、伤薯率为3. 36%,性能试验指标均达到国家行业标准要求,表明在优化工作参数条件下该作业机能够提升马铃薯机械化收获质量。     

TRIZ辅助马铃薯收获机薯土分离输送装置创新设计

针对马铃薯收获机薯土分离输送装置存在薯土分离不充分、伤薯率高等问题,应用TRIZ理论对薯土分离输送装置进行创新设计;基于系统功能分析识别薯土分离输送装置的功能缺陷,应用物场模型、技术矛盾、物理矛盾等TRIZ工具求解创新方案,设计一种具有双抖动单元和降运抖动筛面的薯土分离输送装置。基于输送筛面上薯土秧混合物的力学分析,确定筛面倾角范围为β≤32°;结合理论分析和生产实际确定一阶升运筛面倾角为20°、二阶升运筛面倾角为16°、降运抖动筛面倾角10°、抖动单元振幅为21 mm、分离筛杆条间距为50 mm、各阶筛面输送有效长度分别为450 mm、600 mm、1 000 mm 和100 mm。通过升运分离筛和降运分离筛抖动筛面的运动学分析对比,验证创新方案的合理性。     

小型薯类收获机设计与田间试验

为了满足丘陵山地薯类机械化收获的需要,设计开发出了一种小型薯类收获机,重点解决小型薯类收获机在作业过程中存在的薯土分离不净、杂草雍堵、破碎率较高等问题。该机增设了防缠绕装置,有效解决了杂草雍堵和壅土问题。应用升运链式分离结构,并对挖掘结构优化设计,有效实现薯土分离,降低了破薯率。田间试验表明:在低速工作状态下,机器平均损失率为2.12%,平均伤薯率为4.99%,平均明薯率为97.83%;在高速工作状态下,机器平均损失率为0.51%,平均伤薯率为3.25%,平均明薯率为99.49%。该机能满足不同土壤的作业要求,作业效果良好。     

丘陵山区甘薯收获机的研制与试验

针对丘陵山区甘薯收获机械化水平低,国内收获机普遍存在伤薯率高、挖掘阻力大、易堵塞和土薯分离不净的问题,设计制造一种适用于适于丘陵缓坡红黄壤黏性土作业的甘薯收获机。阐述收获机整机结构和工作原理,对传动系统、挖掘铲、防缠装置和土薯分离输送装置等关键部件进行设计分析,通过理论计算确定弧形挖掘铲、升运链和抖动轮的主要参数。性能试验结果表明:防缠装置对收获机性能影响显著,低速收获时,明薯率为98.25%,伤薯率为2.94%,破皮率为2.15%,顺畅性为99.52%,生产率约为0.16 hm~2/h;高速收获时,明薯率为98.51%,伤薯率为2.62%,破皮率为2.02%,顺畅性为98.32%,生产率约为0.27 hm~2/h,各项指标均符合设计合格要求,对甘薯红黄壤黏性土垄作种植适应性较好。     

改进型南方马铃薯收获机具的设计

针对引进的北方机型收获南方马铃薯工作中出现明薯率低、挖掘阻力大、土壤壅堵,以及仍需人工捡拾等问题,设计了一种改进型南方马铃薯收获机具。该机具包含振动挖掘铲、抖动分离机构、升运机构和集薯器等,可一次完成挖掘、薯土分离、升运及装袋等作业工序。田间试验表明:改进后的机具在动力消耗、土壤壅堵、收获效率及减轻劳动强度等方面有明显提高,具有推广应用价值。     

基于离散元法和TRIZ理论的薯土分离机构优化

为改善我国甘薯收获机的作业效果,降低伤薯率,提高明薯率及工作效率,本文以杆条式薯土输送分离机构为研究对象,基于离散元法建立仿真模型,以杆条升运器线速度、倾角、振幅为变量,利用EDEM对机构进行单因素仿真分析;以甘薯所受碰撞法向力和输送效率为指标参数,分析仿真结果。得到薯土输送分离机构最优工作参数:线速度为2.1 m/s,倾角为18°,振幅为10 mm。以线速度为变量进行单因素田间试验,试验结果表明,线速度为2.1 m/s时,机具作业效果较好,与仿真结果相符,证明了利用离散元法对薯土输送分离机构作业过程进行仿真模拟的可行性。为解决薯土分离过程中伤薯不可控的问题,进一步降低甘薯的损伤率,增强输送分离过程稳定性,本文结合TRIZ理论对伤薯问题进行分析,并提出两段式薯土输送分离机构。通过仿真模拟验证,结果表明两段式输送分离机构作业效果明显优于原输送分离机构,一段作业机构平均减损率高达73.9%,二段作业机构平均减损率达11.0%,验证了两段式输送分离机构的可行性及TRIZ理论的创新性。     

自走式三七收获机设计与试验

针对丘陵山区三七收获时费工费时、无机械化等现状,设计了一种以柴油机为动力的自走式三七收获机。该机主要由挖掘铲、刮土机构、升运器、拍土机构、收集箱等组成,利用解析作图法对挖掘铲进行分析,确定了三七和土壤混合物顺利通过挖掘铲的铲刃夹角为96°;对升运器运动学分析得出升运器的倾角为25°时三七与土混合物的破碎率最高;以升运速度、振动分离筛振动频率、碎土轴的转速为试验因素,以伤根率、收净率为评价指标进行二次旋转正交组合试验。试验结果表明：试验因素对评价指标影响由大到小依次为振动分离筛振动频率、升运速度、碎土轴转速,当升运速度为0.78m/s,振动分离筛振动频率为10Hz,碎土轴转速为2.5r/s时,伤根率、收净率分别为1.6%、96.32%。以影响因素的最优参数组合进行验证：试验得伤根率、收净率分别为1.6%、96.8%,与计算结果一致,且符合农艺要求的收获指标。该研究为产品级的三七药材收获机的设计提供了技术参考。     

多级分离缓冲马铃薯收获机设计与试验

针对云南山地黏土条件下马铃薯机械化收获分离效果差、明薯率低、伤薯率和破皮率较高等问题,采用多级分离振动、多重缓冲和低位侧铺的方式,设计了一种多级分离缓冲马铃薯收获机。在阐述机具整体结构及工作原理的基础上,通过理论计算确定了挖掘装置、多级分离缓冲装置、主动振动装置等主要关键部件的结构参数;建立抛送分离阶段薯土运动模型,获取微波浪形薯土分离相关技术特征;建立马铃薯筛面滑动模型,对薯块的运动特性进行理论分析,得出薯块顺流、回流的运动规律;分析土块在输送分离过程中的碰撞特性,确定了影响分离破碎效果的因素。以含杂率和土壤覆盖度为试验指标,采用二次旋转正交组合试验设计方法进行了空载试验,并利用高速摄影和三轴姿态传感器实时获取分离筛上土壤的分布状态和运动规律,结果表明,分离筛最佳工作参数组合为:一级分离筛线速度1.42 m/s、二级分离筛线速度2.2 m/s、侧输出线速度1 m/s,此时土壤覆盖度69.11%,含杂率2.56%。在分离筛最佳工作参数组合下,以明薯率、破皮率和伤薯率为试验指标进行了田间收获试验,结果表明:当工作速度1.05 m/s、挖掘深度180 mm、振动强度Ⅱ级、筛面倾角22°时,明薯率为99.1%、破皮率为1.41%、伤薯率为1.32%,各项性能指标均符合国家行业标准要求。     

基于振动挖掘与二次分选的4U-90型番薯收获机设计与试验

针对我国丘陵山地番薯收获作业中存在的现有机型实用性较低、伤薯率高、明薯率较低、多为人工收获等问题,设计一种适用于丘陵山地轻量化番薯收获机。整机结构主要有变速箱、三点悬挂装置、挖掘装置、二次分选装置、升运分离装置等组成。该收获机能做到较高效率挖掘番薯,并在其升运期间振动分离土薯,同时收集升运过程中掉落番薯至二次分选装置并振动分离土薯。在此研究目的的基础上进行样机三维模型建立,并在样机制造完成后进行田间实地试验,记录试验过程中收获机的明薯率、伤薯率、漏薯率等数据,试验数据表明满足番薯收获机工作需求,并以此为以后样机改进提供理论依据与现实基础。     

马铃薯联合收获机环形减损集薯升运装置设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机升运输送行程长而导致伤薯率高、破皮率高、机具结构不紧凑等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式,设计了一款适用于马铃薯升运作业的环形减损集薯升运装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,得到影响升运效率和薯块损伤的主要因素,通过DEM-MBD耦合构建薯块和装置模型,得到最优参数组合：升运挡板高度为199.21 mm、升运挡板与升运输送带间夹角为75.86°、相邻两升运挡板间距为240.35 mm。台架试验表明：上料量为24 t/h,升运输送带运行速度为0.8、1.0、1.2 m/s时,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为636.63、593.29、685.63 m/s²,破皮率为1.13%、1.06%、1.21%,碰撞加速度峰值均小于马铃薯临界损伤阈值。田间试验表明：作业速度为0.6、0.7、0.8 m/s时,伤薯率为0.94%、1.06%、1.12%,破皮率为1.09%、1.21%、1.33%,环形减损集薯升运装置运行正常,未出现薯块掉落等现象,各部件配合协调,满足装袋型马铃薯联合收获机高效稳定的作业要求。     

一种定量堆放式马铃薯收获机的研制

为解决我国马铃薯收获机械明薯率低、伤薯率高及马铃薯收获后在田间被土埋没和散布造成的捡拾困难问题,设计了一种定量堆放式马铃薯收获机。该机通过三点悬挂装置与拖拉机相连,由拖拉机后动力输出轴提供动力,由挖掘机构进行薯块挖掘;在偏心凸轮抖动装置的作用下,由链杆式分离输送器进行薯土分离。同时,设计了一种定量堆放装置,能够在马铃薯收获后将薯块定量地在田间一侧堆放。该机可一次性完成挖掘、输送、薯土分离及定量堆放等作业。试验表明:当分离输送器线速度为1. 5m/s、偏心凸轮振幅为15mm、转动频率为2.5Hz时,既能保证薯块破损程度最低,又能保证较好的薯土分离效果,为最优设计组合。田间试验测定表明:薯率为96.4%,伤薯率为3.8%,每堆薯块平均堆放质量为19.5kg,定量堆放效果良好,各项指标均满足要求。     

马铃薯收获与气力辅助残膜回收联合作业机设计与试验

针对大面积推广大垄双行覆膜马铃薯栽培模式所造成的田间残膜污染问题,设计了马铃薯收获与气力辅助残膜回收联合作业机,一次作业可同步实现薯块挖掘铺条与残膜回收。通过对样机关键作业部件进行设计选型,确定了阶梯挖掘铲、土薯抖动升运装置及浮动式气力卷膜装置结构及作业参数,分析了浮动式气力卷膜装置作业过程,得出确保该装置不产生残膜滞留堵塞、拉断及打滑现象的必要条件,对地轮田间行走产生不滑动的滚动条件进行了分析计算,并完成了样机相关作业性能试验。田间试验结果表明,当联合作业机作业速度为1.8~2.0 km/h时,残膜回收率为91.6%,明薯率为96.8%,伤薯率为2.3%,试验指标均达到了国家和行业标准要求,试验结果满足设计要求。     

木薯收获机作业质量评价方法探析

本文讨论了松土铲式、振动链式、拨辊式等几种木薯收获机的结构特点和工作原理,提出木薯收获机的工作幅宽、挖掘深度、作业速度等关键技术参数设定办法,明确明薯率、伤薯率、损失率等主要作业质量指标的定义及其试验测定办法。通过宽窄行起垄种植模式下红壤土木薯收获试验比对,得知振动链式木薯收获机明薯率、伤薯率指标优于其它两种机型,分析不同类型机具、不同作业速度对收获作业质量的影响,探讨土壤类型、土壤含水率和种植规范性对作业质量的影响。     

4UMG-140型拨辊式木薯收获机的设计与试验

针对现有木薯收获机存在问题,基于木薯宽窄双行起垄种植农艺要求,确定收获机工作原理与总体结构,并对挖掘装置、拨辊输送装置、限深装置等关键部件进行讨论与分析,设计了4UMG-140型拨辊式木薯收获机,该机一次作业能够完成木薯块根的挖掘提升、薯土分离输送、平铺地表等工序。作业时,轮式拖拉机跨垄行走在相邻两垄沟中,便于机手操控,收获过程中不压伤木薯块根,实现了垄上木薯有效对行收获。田间试验表明,4UMG-140型拨辊式木薯收获机明薯率为95.2%、损失率为7.6%、生产率为0.35 hm2/h,完全符合木薯宽窄双行起垄种植农艺机收作业要求。     

油莎豆联合收获机合页筛片式升运装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中升运振动装置除杂效果不明显,导致油莎豆与土壤杂质等分离不彻底,漏土率较低,伤果率较高的问题,以及在升运输送过程中存在土壤堵塞、回带等问题,结合油莎豆果-土-秧团聚体特性,设计了一种合页筛片式升运装置,通过筛片折弯部分增大筛孔面积,对团聚体提供与链筛运动方向相同的推力,使合页式升运装置提高漏土效率且有效避免了回带现象。对其倾角和固定位置进行了分析和设计,运用EDEM进行仿真试验,以油莎豆链筛线速度、链筛板折弯高度、链筛振动频率为试验因素,以油莎豆团聚体漏土率和伤果率为试验指标,通过三因素三水平正交仿真试验,最终得到输送筛片最佳结构参数组合为：链筛线速度1.151m/s、折弯高度27.779mm、振频9.561Hz,此时升运装置漏土率为96.524%、伤果率为2.439%。田间验证试验结果表明:当链筛线速度为1.2m/s、折弯高度为28mm、振频为9.5Hz时,合页式升运装置平均漏土率为96.05%,平均伤果率为2.38%,与仿真试验所测结果基本一致,满足油莎豆升运链筛工作要求。     

双行牵引式马铃薯挖掘机的设计与试验

针对目前我国马铃薯挖掘机存在的机具作业阻力较大、易堵塞及明薯率较低等问题,设计了一种牵引式马铃薯挖掘机,通过对整机结构和工作原理的阐述及对挖掘铲工作部件关键尺寸的理论分析,得到了机具挖掘铲、分离输送装置等关键部件的具体结构尺寸。对整机的作业性能进行田间试验,结果表明:该机能够一次性完成挖掘、薯土分离及成条铺放等作业,挖掘深度符合马铃薯收获要求,机具的伤薯率较低、明薯率较高,各项指标均满足马铃薯的收获要求,且作业稳定性较好,提高了马铃薯的收获质量。     

S型链式马铃薯收获机输送分离装置设计

我国现有马铃薯收获机的输送分离装置还存在含土率和伤薯率较高的问题。设计了一种S型升运链式输送分离装置,并对其进行研究分析。通过与一级升运链式和二级升运链式的对比和研究,不仅可以减小薯类损伤还能提高去土效果。结果表明,控制S型链式输送分离装置的线速度、倾斜角度和折转落差,可使伤薯率达到0.06%,含杂率达到1.74%,表明该机的综合作业性良好,符合马铃薯收获机质量评价技术规范,满足实际生产要求。      

自走式马铃薯捡拾装袋机设计与试验

针对马铃薯分段收获中,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高的问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾装袋机。该自走式马铃薯捡拾装袋机能一次性完成马铃薯捡拾、薯土分离、除秧和装袋的工作。阐述了自走式马铃薯捡拾装袋机整体结构,并对捡拾装置、升运链装置、三级输送链装置、分拣台以及卸料装置等关键部件进行详细设计;运用DEM-MBD耦合的方法对马铃薯在两级输送链交接处的运动过程及受力情况进行分析;运用Box-Behnken试验方法,以漏薯率和伤薯率为评价指标,以整机前进速度、捡拾装置输送链线速度、升运链线速度、三级输送链线速度为试验因素,对该机工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型。对回归模型进行优化后,绘制响应面,并得出该机最优工作参数。田间试验表明：当前进速度为0.70m/s、捡拾装置输送链线速度为1.10m/s、升运链线速度为1.20m/s、三级输送链线速度为1.30m/s时,漏薯率为2.82%,伤薯率为3.61%,满足马铃薯捡拾收获作业要求。     

南方冬种马铃薯收获机的应用现状与研究展望

实现南方冬种马铃薯机械化收获对推进马铃薯主粮化进程、扩大南方冬种马铃薯种植面积具有重要意义。现有马铃薯收获机在应用过程中存在挖掘阻力大、易壅堵、明薯率低、伤薯率高等问题,导致目前南方冬种马铃薯收获以人工或畜力为主,机械化应用水平低。为此,从南方冬种马铃薯种植模式和种植环境出发,在分析现有马铃薯收获装置挖掘部件和分离部件的基础上,对南方冬种马铃薯收获机的进一步研究做出了展望,提出一种双重振动减阻挖掘部件、一种可分离薯、土、膜的振动杆条升运链分离部件,以及一种可分离薯、土、草的拨杆抖动筛分部件,旨在为南方冬种马铃薯地膜覆盖栽培模式及稻草覆盖栽培模式下机械化收获装置的研制提供参考。