灌木平茬机切割系统参数优化设计与验证

为分析圆盘锯式切割系统的切割机理,在Solidworks中建立单组圆盘锯及灌木枝条的简化模型,并在动力学分析软件ABAQUS中进行仿真分析,研究灌木切割过程中工作参数与圆锯片参数的关系。同时,以锯片转速、行进速度、枝径为影响因素,以锯切力为评价指标,对其影响的因素进行虚拟正交试验,并用Design Expert动态响应软件进行分析,得到响应面回归方程,得知当圆锯转速为2500r/min、前进速度为0.9m/s时平茬效果较好。用小型灌木平茬机上进行实地试验,结果表明破茬率和留茬高度均能满足农艺要求。     

基于有限元沙柳切割过程数值模拟和工作参数优化

针对圆盘式灌木平茬机作业时岔口质量差、刀具磨损严重的问题,提出了利用ABAQUS软件对沙柳平茬过程进行动态模拟仿真优化工作参数的方法;构建了沙柳三维切削模型,得到了切削过程中沙柳及圆盘锯片的应力变化情况,分析了应力变化的原因。通过双因素实验法,确定了切削参数中进给速度对切削力的影响最大,得出了圆盘锯片的最佳切削参数组合为切削速度60m/s、进给速度350mm/s。田间试验表明:9GZ-1.0型自走式灌木平茬机在切削速度为60m/s、进给速度350mm/s时,每10min切削量为153.2kg,漏割率为0.08,切割效果最好,与模拟切削得到的结果基本相符。     

甘薯秧蔓收获特性试验装置研究

针对甘薯秧蔓收获过程中输送通道堵塞、功耗大、作业参数采集难等问题,研究设计了在不同喂入速度、夹持输送速度和切割速度下甘薯秧蔓收获特性试验装置。试验装置由喂入装置、割台装置和控制系统组成,喂入速度、夹持输送速度和切割速度可调整。以秧蔓收净率、切割力和切割扭矩为目标值,对喂入速度、夹持输送速比和切割速度等影响因素进行了中心组合试验和验证试验。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业性能的影响,同时,对影响因素进行了综合优化。试验结果表明：收净率影响显著性主次顺序为夹持输送速比、喂入速度、切割速度,切割力和切割扭矩影响显著性主次顺序为切割速度、夹持输送速比、喂入速度;其最优工作参数组合为喂入速度0.55m/s、夹持输送速比1.48、切割速度1.50m/s时,收净率为91.0%、切割力为152.89N、切割扭矩为5.87N·m,验证试验表明实测值与理论优化值误差小于5%。     

基于ANSYS/Ls-Dyna的甘蔗收获机切割系统功耗模型研究

对甘蔗茎秆切割系统的功耗研究有利于提高甘蔗收获机的切割性能及发动机功率的利用率。因此，为得到甘蔗切割装置在工作过程中的切割力及切割功率的变化情况，采用单元组合法并结合ANSYS/Ls-Dyna对收获机切割装置的切割过程进行数值模拟分析。以切割刀线速度、切割刀盘倾角及切割刀刃角为试验因素，以切割功率及切割力为试验指标进行单因素试验分析，确定切割试验因素的参数范围并进行仿真试验设计，同时选择最小切割功率为优化目标，得出其最佳的切割条件为切割刀线速度为38.8 m/s，刀盘倾角为11.66°，切割刀刃角为25°，在此条件下，甘蔗收获机切割装置切割蔗茎时所消耗的功率最小，其最小切割功率为0.80 kW。     

韭菜收获机圆盘切割装置设计与试验

针对现有韭菜收割机作业时出现的不完整、漏割等问题,结合韭菜的物理特性,设计一种兼具扶禾、切割、收集组合式韭菜收集机械。对关键部件圆盘刀进行结构参数、运动参数的确定,开展切割理论分析;利用MATLAB软件,选取机具作业速度分别为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s,对切割圆盘进行运动仿真,得到不同作业速度下的切割区域变化规律;以机具的作业速度为试验因素,以割台损失率、漏割损失率为指标,进行单因素试验,确定机具作业速度范围。结果表明,当韭菜收获机圆盘刀转速为3 000 r/min时,作业速度为0.4 m/s,韭菜切割收获装置性能最优,此时韭菜割台损失率均值为2.8%、漏割损失率均值为2.2%。     

小麦秸秆往复式切割试验台设计与应用

为研究小麦秸秆的切割性能,设计了可在实验室模拟田间小麦收获时秸秆切割过程的往复式切割试验台。试验台由机体架、割台、推动架、曲柄连杆、交流电机等组成,该试验台在前进速度0～1.8m/s、切割速度0～1.6m/s、切割倾角0～30°、刀片间隙0.8～3mm范围内可调。对切割试验台的工作性能和小麦秸秆切割性能进行了试验研究,试验采用四因素四水平正交试验法和单因素试验法。试验结果表明：通过极差R判定影响切割性能的主次因子依次为切割位置、切割速度、刀片间隙和切割器倾角,在给定因素水平上的较优组合是：切割速度为1.4m/s,切割器倾角为20°,刀片间隙为1mm,切割位置为第3节。     

基于ANSYS/LS—DYNA的芦竹切割—进给速度匹配研究

高粗茎秆作物因茎杆硬度和刚度大,机械化收割难度大。以芦竹为对象,以高粗茎秆作物通用型回转链式切割器为基础,应用ANSYS/LS—DYNA建立了锯片—芦竹切割破坏动态模拟有限元模型,动态模拟了芦竹切割破坏过程,试验验证了获取锯齿切割破坏芦竹过程的载荷—位移历程曲线的可行性及芦竹破坏的模拟计算模型的有效性。提出了回转链式切割器切割—进给速度匹配修正系数概念,确定了切割芦竹时进给速度和切割速度分别取1.00m/s和2.80m/s为最佳速度匹配,其切割器工作速度匹配修正系数为1.22。研究结果为芦竹收割机的传统系统参数优化设计提供了理论依据。     

番茄藤秸秆高效切割的机理及仿真研究

番茄是我国重要的蔬菜作物之一,其大面积种植带来了严重的秸秆处理问题。由于番茄藤秸秆根部表皮较厚,有较多的维管束,具有较强的抵抗外载荷的能力,不易切断,其切割方式、切割刀片及切割参数等对切割性能都具有重要影响。通过对番茄藤秸秆专用切割刀片切割力学分析和切割力计算分析研究了番茄藤秸秆高效切割的机理。建立了番茄藤秸秆高效切割模拟模型,运用仿真技术对番茄藤秸秆切割过程进行了有限元分析;对不同结构参数切割刀片进行切割对比试验。结果表明:1切割力随着秸秆横截面积的增加,随着刀片楔角的增加而逐渐增大,随着刀片后角的增加呈下降的趋势;2随着切割速度的增加,刀片切割应力有一定的增大,切割能量损耗加大,仿真分析得到的最大切割应力和理论计算结果在数值上较接近,证明了所推导的刀片切割力计算方法的正确性,验证了秸秆切割模型的合理性;3专用等滑切角(40°)锯齿型刀片与等滑切角平型刀片和普通刀片相比,2 kg的番茄藤切割电能最小,为0.18k W·h,切割时间最短,为2min,切割效率最高,切割后粗细均匀,效果也最好。该研究揭示了采用等滑切角锯齿型刀片对番茄藤秸秆高效切割机理和性能,为研制番茄藤秸秆专用切割机及实现高效切割提供了理论和试验依据。     

甘蔗收割机切割装置的结构设计

根据整秆式甘蔗收割机-4 ZL1400-1的特点及受力分析,设计了合理的切割装置结构。通过调整刀盘转速、收割机行走速度、刀盘倾角以及刀片切割角,在不同地形、不同种植行距和不同培土高度环境条件下对广西丘陵地带甘蔗进行切割试验。试验结果给出了优化的工作参数,验证了所设计的切割装置结构合理、切割性能可靠。     

成熟期菜心茎秆切割力学特性测试

为了给水培叶菜机械化收获提供合理、准确的设计依据,降低叶菜收获损失,选取菜心为试验对象,以切割刀类型、切割速度、菜心品种为自变量,最大切割力为响应指标,采用单因素和混合水平正交试验法,对茎秆进行了切割试验,对各因素及其交互作用进行了分析。单因素结果表明,品种、切割刀类型、切割速度对最大切割力的影响均显著,切割速度对最大切割力影响最大。混合水平正交试验结果表明,品种和切割速度的交互影响显著水平最高;最优试验组合为青野尖叶菜心、斜刀和切割速度12 m/min。试验研究结果为切割装置的设计提供理论依据。      

大蒜仿形浮动切根机构运动特性分析与仿真

为深入研究大蒜仿形浮动切根机构作业机理,进一步提升仿形浮动切根作业质量,开展切根机构仿形浮动作业过程运动学解析,构建切根机构浮动位移量数学模型、回转切刀刃口轨迹曲面数学模型、切刀刃口切割速度数学模型,探明切根机构结构参数和运动参数对仿形浮动切根作业过程的影响;同时,通过ADAMS虚拟样机仿真试验,获取切刀运动轨迹曲线、时间—切割速度曲线和位移—切割速度曲线,分析不同切刀转速、切刀数量、刃口位置点、切刀位移等对切割次数、漏切区、切刀运动轨迹、切割速度的影响。研究结果表明,通过合理设置切根机构结构参数和运动参数,可有效实现机构的仿形浮动切割作业,提升切根作业效果;当蒜株输送速度为1 m/s、切刀倾斜角度为33°、回转切刀转速为2 600 r/min时,根盘处的根系被单个切刀刃口旋转最高点的切割次数可达到2次,且漏切区面积很小;当蒜株输送速度为1 m/s、切刀倾斜角度为33°、回转切刀转速为1 000 r/min、切刀数量为4片时,根盘处的根系被所有切刀的刃口旋转最高点的切割次数为2次,且漏切区面积很小。该研究可为大蒜联合收获仿形浮动切根作业机理研究和机构优化提供理论参考。     

曲柄连杆式棉秆切割试验台设计与试验

为研究棉花秸秆切割性能,为棉秆切割收获装备的开发提供技术支持和理论依据,设计了可模拟棉秆不对行切割收获过程的曲柄连杆式棉秆切割试验台。试验台的棉秆喂入输送速度与切割速度为0~2m/s、切割倾角为0°~15°,并对样机的工作性能和棉秆切割性能进行了试验研究。试验结果表明,空载时切割器阻力的峰值随着割刀平均切割速度的增加而增大,单个工作周期内的切割器阻力功耗基本不受平均切割速度变化的影响;棉秆峰值切割力随割刀平均切割速度的增加而降低,切割棉秆单位消耗功随割刀平均切割速度的增加而减小。     

谷子茎秆切割力学特性试验与分析

为减小谷子茎秆切割力、降低切割功耗,设计了茎秆往复式切割试验台,对谷子茎秆进行不同收获时间、茎秆部位、切割器组合形式、切割倾角、刀片斜角、平均切割速度和茎秆喂入速度的单因素切割试验,并在单因素试验基础上对平均切割速度、切割倾角和刀片斜角3个因素进行响应面试验。单因素试验结果表明:收获期茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随含水率的增大而减小;基部起茎秆极限切应力、单位面积切割功耗总体上随茎秆高度的增加而减小,茎秆茎节极限切应力、单位面积切割功耗较茎秆节间大;茎秆双支撑切割形式较单支撑切割形式极限切应力、单位面积切割功耗小;切割倾角0°～20°时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随切割倾角的增大先减小后增大;刀片斜角0°～48°时,茎秆极限切应力随刀片斜角的增大而减小,而单位面积切割功耗先减小后增大;平均切割速度0. 5～1. 5 m/s时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗随平均切割速度的增大呈先减小后平稳变化的趋势;茎秆喂入速度对切割力学特性无显著影响。响应面试验结果表明:试验因素对茎秆极限切应力、单位面积切割功耗影响的主次顺序为平均切割速度、刀片斜角、切割倾角,且最优切割参数为:平均切割速度1. 19 m/s、切割倾角7. 2°、刀片斜角36. 4°,最优参数下茎秆极限切应力和单位面积切割功耗分别为2. 88 MPa、22. 38 m J/mm~2,验证试验值与预测值相对误差不超过3. 5%。刀片斜角对比试验表明:刀片斜角36. 4°较30°(标准Ⅱ型动刀)切割谷子茎秆时,茎秆极限切应力、单位面积切割功耗分别减小了6. 6%、3. 9%。     

谷物联合收获机往复式切割器切割过程的研究—基于切割图分析

为了获得谷物联合收获机的理想工作状态,通过切割图分析,对联合收割机往复式切割器切割过程的一次切割区、重割区以及漏割区面积在不同切割情况下的变化特性进行了理论分析,得出了相应的速度匹配参数.在割刀切割速度与机器前进速度配比等方面为谷物联合收获机往复式切割器工作性能和作业效果的改善提供了理论依据和工作参数设计参考.     

簇生番茄果梗超声切割过程仿真与试验

为揭示超声技术应用于簇生番茄切割采收的机理及优势,比较了簇生番茄果梗材料在常规切割和超声切割中的切割力和去除特性。首先测定了簇生番茄果梗和自制超声切割刀的参数,然后基于Abaqus进行仿真,将果梗纤维化,在宏观和微观仿真中对比常规切割和超声切割过程中的应力及去除机理。最后,自制试验台,通过改变超声切割刀的激振频率、输入电压、切割速度和切割角度进行切割力测定试验并采用响应面法的Box-Behnken进行四因素三水平分析,随后观察果梗断面形貌。结果表明：在自制超声刀工作频率(35～37 kHz)和电压(340～380 V)内,切割速度、角度对切割效果影响最显著,激振频率和输入电压在特定值附近时切割效果最好;在36 kHz、360 V、0.125 cm/s、0°的条件下,仿真中超声切割耗时约为8 s,平均最大切割力为0.635 N,相对于常规切割(1.019 N)降低37.7%;试验中超声切割耗时约为5.3 s,所需切割力最大为0.543 N,相较于常规最大切割力(1.017 N)降低46.6%,同时表面粗糙度降低20.9%,试验与有限元仿真的切割力结果误差为8.9%,基本吻合。超声切割可以...     

饲用甜高粱剪切应力和功耗试验研究

在秸秆往复式切割试验台上,以饲用甜高粱为研究对象,以切割速度、喂入速度、秸秆含水率为试验因素,功率消耗与剪切应力作为性能检测指标,按照中心组合响应曲面设计(Central composite design,CCD)试验方案进行试验。结果表明:喂入速度对切割器试验台工作性能有较大影响;切割速度、秸秆含水率均对切割器试验台工作性能影响显著;切割器试验台工作性能的影响因素主次顺序为喂入速度、切割速度、秸秆含水率,最佳性能参数组合为喂入速度5m/s、切割速度0. 95m/s、秸秆含水率为60%。本研究旨在探索秸秆往复式切割器的工作参数与饲用甜高粱收获条件对切割特性的影响,为饲用甜高粱联合收获打捆的研究提供理论依据。     

激光切割花生荚果挤压断裂力学特性试验与分析

为了研究激光切割和准静态挤压对花生荚果断裂力学特性的影响,以豫花9326品种为研究对象,以断裂强力和断裂变形为试验指标,以不同激光切割强度、切割速度、切割方式对花生荚果样品进行切割预处理,再以不同挤压放置方式对花生荚果进行准静态挤压断裂试验。采用单因素试验方法,结果表明:当激光强度百分比分别为75%、100%,切割速度分别为150、100mm/s,激光切割方式分别为卧放切割、侧放切割,挤压断裂放置方式分别为立放挤压、正放挤压时,断裂强力和断裂变形为单因素试验下最低值;所有单因素中,挤压方式的改变使断裂强力和断裂变形的变化幅度均比较大。采用正交试验方法,结果表明:断裂强力和断裂变形两指标下试验因素从主到次的影响顺序依次为挤压方式、激光强度、切割速度、切割方式;当激光强度为100%、切割速度为100mm/s、切割方式为侧放切割、挤压方式为立放挤压时,效果较好,断裂强力为45.75 N,断裂变形为4 mm。对激光切割后的花生荚果进行力学特性研究,为花生荚果激光破壳预处理设备的工艺参数提供了理论依据和参考。     

甘蔗收割机切刀负载压力影响因素试验研究

针对甘蔗收割机工作时收割损失大及切割负载大等问题,结合单因素与多因素试验研究方法,对影响切割器负载压力的因素进行研究。利用自主研制的切割试验平台进行探究,并通过二次回归正交旋转设计物理试验建立数学模型,利用数学分析软件MATHCAD对回归方程中的因素进行主效应和交互效应分析。结果表明:刀盘转速、刀盘倾角、甘蔗密度、进给速度及入土深度对切割负载压力影响显著,甘蔗品种影响较小。同时可知:在刀盘倾角4°～8°、刀盘转速650～700r/min、入土深度20mm、进给速度0.2m/s的条件下,切割功率小。     

小型桑树伐条机切割部分试验研究

小型桑树伐条机切割部分的设计必须满足切割功耗小及桑条损伤程度低两个指标。为此,通过对桑树伐条机切割部分进行桑条切割试验,分析试验结果得出了影响这两个指标因素的主次顺序,即刀刃形状>刀刃角度>刀盘转速。根据试验结果,采用多项式回归分析方法对数据进行处理,建立了这两个评价指标的数学模型。利用该模型对切割参数进行优化,得最佳的切割参数组合为刀刃形状选弧形、刀刃角度选20°、刀盘转速选369 r/min,从而为小型桑树伐条机切割部分的设计提供依据。     

一刀切断甘蔗动力学仿真试验

采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件,建立甘蔗-切割器系统的动力学仿真模型,且进行了甘蔗切割物理试验验证。利用四因子二次通用旋转组合设计方法和甘蔗-切割器系统仿真模型进行一刀切断甘蔗的仿真试验,建立影响因素与切割力和剪应力的数学模型,研究了切割力和剪应力各影响因素及其交互作用的影响规律,且对影响因素进行优化,获得了一刀切断甘蔗时可靠性为95%的最佳切割力总区间。结果表明,刀片刃角为17.5°,切割角为27.73°,刀盘倾角为28°,切割速度为16 m/s时,可靠性为95%的最佳切割力范围为235.82~297.98 N。