小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验

针对小型整秆式甘蔗收割机工作时破头率高,容易堵塞等缺陷,该文对原样机切割系统的切割输送装置、布局和提升方式等进行了改进,在原样机切割系统前增加一个辅助喂入辊。对改进样机刀盘的振动测试结果表明:改进后切割装置动态刚性得到提高,刀盘振动小。田间对比试验表明:改进后甘蔗宿根破头率由原来的15.9%降低为4.7%,蔗茎合格率由原来的51.0%提高到82.5%,喂入量由原来1.129 kg/s提高到1.894 kg/s。该文可为整秆式小型甘蔗收获机的机械设计提供参考。     

甘蔗切割过程的有限元仿真

为了提高微型甘蔗切割器的性能,需要得到刀具倾角与切割速度对切割力,切割耗功,破头率等的影响。该文利用ANSYS/LS-DYNA对甘蔗切割过程进行有限元仿真。在仿真中建立了不同的刀具倾角以及切割速度组成的有限元模型,并使用LS-DYNA提供的MAT_WOOD材料模型以及接触侵蚀算法进行数值计算。仿真结果表明,切割速度变化对切割过程中的切割力,能量损耗和刀具最大应力的影响较为显著,倾角变化对切割力的影响较为显著。动刀倾角为0°时,切割力最小,动刀速度在0.5～0.9 m/s范围内,切割速度越大切割力越大。通过与试验的对比,发现在仿真中速度的变化对切割力大小趋向的影响与试验结果吻合,切割力最大值的相对误差小于20%。甘蔗切割的有限元仿真能降低试验成本,缩短试验时间,为样机的设计提供了依据。     

蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构的设计与试验

采用解析法对蔬菜钵苗移栽机取苗臂凸轮机构进行了详细设计,以解决目前机构推苗作业时间长、速度慢而影响推苗成功率的问题。根据移栽机取苗和推苗作业时取苗针的运动要求,以及取苗臂的结构尺寸,建立凸轮机构设计的数学模型,优化凸轮推程运动角,进而得到凸轮实际轮廓曲线,进行了机构的运动及压力角分析。建立取苗机构的三维实体模型,制造出其物理样机,采用ADAMS软件进行虚拟样机运动仿真,开展高速摄像运动试验。仿真结果和试验结果基本一致,表明改进设计是正确和合理的,同时比较改进设计结果和原设计结果可知,所设计的凸轮机构能够满足蔬菜钵苗移栽的要求,且试验推苗时间比原设计有效缩短了27.9%,有助于提高推苗成功率和蔬菜钵苗移栽机的工作性能。     

入土切割对甘蔗切割过程影响的仿真试验

采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件及反求技术,建立甘蔗-切割器系统仿真模型,进行甘蔗材料参数反求,获得了适用于动力学仿真的甘蔗材料模型,且进行了物理试验验证;通过建立土壤-甘蔗-切割器系统的动力学仿真模型,进行动力学仿真试验,建立相关数学模型,研究了土壤的软、硬程度及切割状态对甘蔗最大切割力及切割破头的影响,结果表明,土壤的软硬程度对甘蔗的最大切割力影响小,对甘蔗轴向剪应力影响大;甘蔗两刀切断比一刀切断的最大切割力小,甘蔗入土切割比非入土切割的最大切割力大,但轴向剪应力小,甘蔗入土一刀切断的平均轴向剪应力比非入土一刀切断的小43.3%,甘蔗入土两刀切断的轴向剪应力比非入土两刀切断的小49%,入土切割是降低甘蔗切割破头的有效途径。     

甘蔗地路谱对切割质量影响的仿真分析与试验

小型甘蔗收割机在坡地上行走过程中,切割器会受地面等各种因素的影响产生剧烈振动,影响切割质量。该文利用测量加速度的方法,采集田间路谱,并运用虚拟样机的仿真分析验证了路面的不平度会引起刀盘的振动,经试验分析,最后得出当刀盘转速为600和1 000 r/min时切割质量最好。该研究可为样机的开发提供理论依据。     

甘蔗切割器切割质量影响因素的试验研究

为了降低甘蔗切割器切割甘蔗的宿根破头率(后面简称破头率),提高切割器的切割质量,该文采用二次回归正交旋转组合试验方法及试验台试验、建立数学模型,研究了甘蔗切割器切割质量的影响因素,同时,对甘蔗切割器切割质量的影响因素进行了综合优化。结果表明试验因素对切割质量有较大的影响,试验因素综合优化结果能有较降低破头率,在干地或湿地切割甘蔗时,破头率小于14%,有效提高了切割器的甘蔗切割质量。     

4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机研制

针对现有切段式甘蔗联合收割机输送通道易堵塞、含杂率与损失率高等问题,该研究设计了一种切段刀辊中置式两级通道甘蔗联合收割机。该机采用短路径整秆输送通道和刮板筛网式蔗段输送通道,采用中置+后置风机组成的双风机除杂系统,实现甘蔗根切、喂入、输送、切段、风选除杂和卸料等联合作业。通过计算确定了整秆输送通道安装角度与宽度、喂入与输送辊筒直径、切段刀辊外圆直径、蔗段输送通道刮板高度、风机位置等关键结构参数,以及喂入与输送辊筒转速、切段刀辊转速、除杂风机转速等关键作业参数,并研制了4GDZ-132型切段式甘蔗联合收割机样机。样机田间试验结果表明：在作业速度2 km/h、风机转速1 100 r/min时,含杂率为4.42%、总损失率为3.08%、蔗段合格率为92.10%、切割高度合格率为96.20%、宿根破头率为9.60%,整机作业性能指标满足切段式甘蔗联合收割机技术标准要求。     

甘蔗收获机两段式螺旋捡拾机构模拟与试验

为了提高丘陵地带和坡地倒伏甘蔗的扶起率,该文提出了两段式螺旋捡拾机构设想,应用计算机建立了两段式螺旋扶起机构虚拟模型,进行了虚拟试验,确定了捡拾段的结构,建立了两段式螺旋捡拾机构接触点的运动方程、接触点的速度方程和甘蔗被扶起的运动条件,样机的试验结果表明：当甘蔗倒伏状态角在小于30°的顺倒伏状况下扶起率为20%,在30°～60°状况下为90%;甘蔗在侧倒伏状况下扶起成功率为100%;甘蔗在90°～120°的逆倒伏状况下扶起率为50%,在120°～150°的状况下仅为10%,在150°～180°逆倒伏状况下扶起率为0。     

整秆式甘蔗联合收获机降低含杂率的技术改进与试验

为了降低整杆式甘蔗联合收获机的含杂率,满足糖厂对原料蔗的进厂要求,该文对SJ-1600型整杆式甘蔗联合收割机的割台、剥叶、断尾等装置进行了改进,在原机型尾部增加蔗叶分离装置。按照改进技术加工出样机,并对其进行田间试验。试验结果表明,收获时输送轮转速280?r/min,剥叶轮转速为750?r/min时剥叶效果最佳;改进后含杂率为4.0%,比改进前降低了3.2%,满足糖厂对原料蔗的进厂要求。该文为整杆式甘蔗联合收获机的机械设计提供了参考依据。     

基于ADAMS的拨指链式扶蔗装置的虚拟试验

针对整秆式甘蔗收割机收割倒伏严重的甘蔗时出现堵塞,收割不畅的情况,设计了拨指链式扶蔗装置,以便对甘蔗进行有效的扶起,达到顺利收割的目的。应用动力学仿真软件ADAMS建立了甘蔗—拨指链式扶蔗装置虚拟样机模型。通过虚拟正交试验和虚拟双因素试验研究了扶蔗器的结构参数和运动参数对扶蔗效果的影响规律,并在此基础上进行了实验室台架试验以验证虚拟试验的结论。结果表明：在虚拟试验中,甘蔗最终扶起倒伏角随着下链轮转速的增加而增加,随着前进速度的增加而减小,呈线性关系。在台架试验中下链轮转速和机车前进速度对甘蔗最终扶起角度的影响数值结果略有差异,但各因素对扶蔗效果的影响趋势是一致的,证明虚拟试验的结论在给定条件下是可用的。     

基于机器视觉的鲐鱼鱼体定向排列输送装置设计与试验

针对传统鱼体头尾及腹背定向输送由人工操作完成,劳动强度大、生产效率低等问题,该研究探索了利用机器视觉技术结合输送装置实现鱼体头尾及腹背定向排列输送的方法。该研究以鲐鱼(Scomber japonicus)为研究对象,在对鱼体形态特征及物理特性检测的基础上,设计了鱼体提升装置、鱼体分离输送装置、鱼体头尾及腹背定向输送装置、鱼体返回输送装置、定向控制系统等部件组成鲐鱼鱼体定向排列输送装置;构建YOLOv5s目标检测模型对鲐鱼的头尾朝向和腹背朝向进行识别,并根据识别结果控制鱼体定向排列输送完成鲐鱼的头尾和腹背定向作业,检测模型在测试集上的精确率为99.76%,召回率为99.59%,平均检测精度值为99.5%;试制了鱼体定向排列输送装置样机,以单条鱼体提升成功率为评价指标,对不同输送速度下鱼体提升装置的输送效果进行试验;同时以鱼体的头尾定向成功率和腹背定向成功率作为评价指标,以鱼体提升装置输送速度、鱼体分离输送装置输送速度、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为试验因素,对鱼体定向排列输送装置的定向输送效果进行试验。试验结果表明：鱼体提升装置在不同输送速度下,都能有效实现鱼体单条分离并向上提升,且不存在鱼体重叠向上输送的情况;当鱼体提升装置输送速度为0.05 m/s、鱼体分离输送装置输送速度为0.45 m/s、鱼体头尾及腹背定向输送装置输送速度为0.60 m/s时,鲐鱼鱼体的头尾定向成功率平均为97.2%,腹背定向成功率平均为95.6%,鱼体定向输送速度可达15条/min。研究结果可为其他淡水鱼鱼体定向排列输送装置的研制提供参考。     

推倒式甘蔗收获机扶蔗质量影响因素的试验研究

为了优化推倒式甘蔗收获机的工作参数,设计了甘蔗扶起效果试验装置。通过正交及单因素试验,探明了甘蔗扶起过程的影响因素。结果表明:扶蔗器转速对甘蔗扶起效果影响最大,其次是机车前进速度。扶蔗器转速与机车前进速度的交互作用对扶起姿态角有显著性影响。在扶蔗器转速为120r/min、输送段安装角为50°、拣拾段安装角为5°和前进速度为0.21m/s参数组合下,对侧偏角在45°～135°范围内倒伏甘蔗能够有效平稳扶起。扶起姿态角范围为50.68°～68.87°,能满足机器作业要求。     

基于感应计数的甘蔗种切割防伤芽系统的设计与试验

针对目前甘蔗种植机切种伤芽率高的难题,该文设计了一种基于感应计数的甘蔗种切割防伤芽系统。在甘蔗种输送过程中,该系统利用自行设计的电阻式感应计数装置将相对于甘蔗茎秆凸起的甘蔗种芽信号转换为可识别的电信号后,利用单片机对其执行种芽计数操作;根据农艺要求及其计数结果,进而控制甘蔗种切断刀切断甘蔗种。为优化该系统性能,以保证蔗种和种芽的完好性为前提,对系统的切割过程进行受力及防伤芽分析,进而确定感应计数装置与切刀的最佳安装距离,以确保计数达到要求后切刀完全避开种芽,从而实现蔗种切割防伤芽功能。试验表明:该系统对种芽的计数准确率达98.87%,平均伤芽率为1.57%,较无防伤芽系统的2Cz-2甘蔗种植机的伤芽率低6.3%,系统的防伤芽性能显著,满足设计要求。该研究为甘蔗种植机械的设计提供了参考。     

基于切割压力的甘蔗收割机刀盘高度自动调节装置

甘蔗收割机在丘陵山地收割过程中,切割刀盘无法随蔗垄高度变化自动调节是甘蔗宿根破损和甘蔗浪费的主要原因。针对此问题,研制了切割刀盘液压马达压力数据采集装置和刀盘切割高度随垄高变化自动调节装置。将切割液压马达压力数据采集装置安装在4GZQ-260型甘蔗收割机上,采集甘蔗机收过程中切割液压马达压力数据,测量表明,当甘蔗种植密度和物理特性、土壤物理性质、甘蔗收割机刀盘转速及前行速度一定时,收割机刀盘入土和不入土切割甘蔗液压压力有较大差异,由此设计了一种基于切割系统液压压力的刀盘切深自动调节装置,并进行模拟试验研究了当甘蔗地垄高度变化时该系统刀盘入土切割深度的自动控制情况。试验表明,在土壤物理性质、甘蔗种植密度和物理特性相同时,当切割刀盘前进速度为0.25 m/s、转速700 r/min时,入土切割与设计深度的最大误差为0.7 cm;当切割刀盘前进速度为0.4 m/s、转速700 r/min时,入土切割与设计深度最大误差为0.8 cm。该装置实现了刀盘入土切割深度随蔗垄高度变化自动调节,且入土切割保持在设计深度内,符合甘蔗收获机械国家标准中关于甘蔗割茬高度的相关规定,达到设计要求。该研究可为丘陵山地甘蔗收割机刀盘切割高度自动控制调节提供技术参考。     

整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验

整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响，合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况，采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台，采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率（剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值）的影响规律并获得最佳作业参数：喂入辊筒转速250 r/min，剥叶辊筒转速540 r/min，茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm，甘蔗喂入根数1.68根，此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明，在单根和双根喂入时，甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程，并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。     

甘蔗收获机圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率模型

针对无轨道甘蔗柔性夹持输送装置链条张紧力大、功率消耗大等缺陷,该文研究了甘蔗收获机圆弧轨道式柔性夹持输送装置,通过对该装置的夹持输送链进行受力分析,建立了该装置的功率模型,并对该模型进行了试验验证。功率与链条预张紧力、输送线路长度、夹持力、轨道间距、夹持甘蔗数量、机车前进速度以及输送速度等因素有关,功率消耗与链条预张紧力、输送速度等因素成正比,而甘蔗种植密度、机车前进速度对圆弧轨道式柔性夹持输送装置的功率影响不大,总体上变化比较平缓。研究为甘蔗收获机夹持输送装置的设计提供了依据。     

甘蔗收获机刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量的影响

为了研究甘蔗收获机刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量的影响,该文根据刀盘切割和传输甘蔗时的工作状况,在试验和理论分析的基础上,设计了刀盘轴向振动及其对宿根切割质量影响的系列相关试验,即通过在切割试验平台刀盘上安装不平衡质量块的方式实现刀盘轴向的可控振动,以模拟刀盘在切割和传输甘蔗过程中产生的轴向振动工况;并在刀盘轴向振动状态下,通过进行一系列的单因素试验和正交试验,探讨了不平衡质量大小、刀盘转速、进给量等因素对甘蔗宿根切割质量的影响规律。经过方差分析和相关性分析,结果表明:1)可通过安装不平衡质量的方法实现刀盘轴向的可控振动;2)刀盘的轴向振动振幅与甘蔗宿根切割质量之间具有较强的正相关性,其线性相关系数为0.87;3)在正交试验条件下,不平衡质量对刀盘轴向振幅及宿根切割质量在显著水平0.05下均具有显著影响,各试验因素对甘蔗宿根切割质量影响的大小排序为刀盘的不平衡质量、甘蔗输送速度、刀盘转速。该文初步揭示了刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量具有显著影响的规律,为深入研究复杂激励下刀盘振动对甘蔗宿根破头的影响机理、探索基于动态特性的甘蔗收获机设计方法、开发适于丘陵地区的甘蔗收获机械提供了参考。     

荞麦籽粒生物力学性质及内芯黏弹性试验研究

针对可供相关作业机械设计参考的荞麦籽粒生物力学性质指标可用参数缺乏的现状,该文研究了优种荞麦籽粒的常规力学性质及芯粉黏弹性力学性质,并对相关影响因素进行了分析。试验测定了不同品种荞麦籽粒在不同含水率下的三轴尺寸、千粒质量、容重等基本物性参数,采用斜面仪、休止角测定装置测定了荞麦籽粒的滑动摩擦系数及休止角,应用DMA(Q800)动态力学性能分析仪测定了荞麦(粉状)的动态黏弹性,运用物性分析仪测定了荞麦籽粒的破坏力、破坏能等力学性质,利用摆锤式动载试验机测定了荞麦籽粒所能承受的最大撞击载荷。结果表明:同一品种荞麦籽粒的长、宽、高、千粒质量、几何平均径均随含水率的降低而减小,容重随着含水率的降低而增大;摩擦系数随含水率的降低而减小,籽粒与Q235钢板的摩擦系数最大,与7075铝合金板的次之,与304不锈钢板的最小;休止角随含水率的降低而减小;随着含水率的降低,破坏力、表观弹性模量和最大接触应力逐渐增大,变形量逐渐减小,破坏能呈上升趋势。而在相同含水率下,不同品种荞麦籽粒的物性参数及上述力学特性参数均呈现极显著差异(P0.0001)。荞麦粉末的储能模量随含水率的降低而增大,弹性性能提高,损耗模量和损耗正切随含水率的降低而减小,黏性性能降低。同一品种荞麦在相同含水率下,撞击载荷越大,破碎率越高;同一撞击载荷下,随着含水率的降低,籽粒的破碎率先减小后增大。研究结果可为荞麦收获及加工装备研制、参数优化提供基础依据。