弹性揉搓式马铃薯联合收获机设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机薯土分离与清土除杂效果不够理想，伤薯率、破皮率和含杂率较高等问题，该研究采用“双重振动分离+弹性揉搓除杂+缓冲减损集薯输送”收获工艺，设计了一种弹性揉搓式马铃薯联合收获机，主要部件包括挖掘装置、液压调控薯土分离装置、弹性揉搓清土除杂装置和缓冲减损集薯输送装置等。在阐述整机结构、收获工艺特点和工作原理的基础上，分析马铃薯运行轨迹、碰撞过程及土块破碎透筛过程，确定双重振动薯土分离段、弹性揉搓清土除杂段和缓冲减损集薯输送段的结构及运行参数，以满足高效分离除杂和减损防损需求。通过田间试验验证，在挖掘深度为220 mm，作业速度分别为3.17和4.16 km/h时，损失率分别为1.17%和1.43%，伤薯率分别为1.30%和1.27%，破皮率分别为1.98%和1.84%，生产率分别为0.41 和0.54 hm²/h，各项性能指标均满足相关标准的要求，可为装备研发和优化改进提供参考。     

振动与波浪二级分离马铃薯收获机改进

针对当前马铃薯机械化收获环节存在的破皮率和伤薯率较高等问题,通过设置振动分离段和波浪分离段、基于振动与波浪二级分离改进了一种马铃薯收获机,并分析了振动与波浪二级分离条件下的分离筛及薯块运动特征。单因素试验表明,收获速度为0.726 m/s时,单位时间内挖掘的薯土混合物较少,易导致薯块疲劳累积损伤,当收获速度为1.167m/s时分离筛的分离负担加大,土壤和杂质分离效率降低,导致明薯率下降;分离筛运行速度从1.52提高至2.80 m/s时,破皮率和伤薯率呈先降低后增大的趋势,但明薯率自99.8%下降至96.4%;振动强度由无振动增加到强烈振动时,明薯率提高3.3%,但破皮率和伤薯率均有较大幅度的增加;峰谷高差自40~40 mm增大到200~200 mm时,明薯率由97.2%升高至99.8%,但其破皮率和伤薯率均有所升高。正交试验表明:破皮率和伤薯率受收获速度和振动强度的影响规律基本一致;收获速度和振动强度对破皮率和伤薯率的影响较显著(P0.05),振动强度和峰谷高差对明薯率的影响较显著(P0.05)。该文为马铃薯收获机的研发优化以及薯土分离效率和收获品质的综合控制提供了技术参考。     

4UFD-1400型马铃薯联合收获机改进设计与试验

针对4UFD-1400型马铃薯联合收获机田间收获试验中存在的传动速度偏高,输送系统易对薯块表皮造成擦伤,薯块输送和分级装袋自然流动不畅,有滞留堆积现象等问题,对该机传动系统、薯块输送系统进行了改进设计,并在平播旱地和全覆膜双垄播旱地进行了马铃薯收获试验。试验结果表明,改进机型土薯分离、薯秧分离、薯块输送、分级装袋等各部分的工作更协调、平稳、可靠,对全膜双垄播旱地和平播旱地马铃薯收获的质量和适应性好,对薯秧、杂草、地膜的分离能力强,可在不清除地膜、薯秧和杂草的条件下不缠绕、不堵塞地顺利作业;损失率、伤薯率、破皮率和含杂率分别低于0.8%、1.8%、2.9%和1.2%,较改进前显著降低,符合国家农业行业标准《NYT 1130-2006马铃薯收获机械》的规定;整机结构更紧凑,机组机动性更好,适用于土质松软、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯收获作业。     

4UFD-1400型马铃薯联合收获机的研制

针对目前国内条铺式马铃薯挖掘机存在的人工拣拾薯块费工费时、效率低等突出问题,研制了一种44～58.8kW拖拉机半悬挂式中型马铃薯联合收获机。该机主要由仿形碎土装置、挖掘装置、土薯分离输送装置、薯秧分离装置、薯块输送、分级、装袋装置、传动系统、液压操纵装置以及机架、地轮等部分组成,幅宽1400mm,纯工作时间生产率0.3～0.5hm2/h,可一次完成马铃薯挖掘、土薯分离、茎秆、杂草及地膜分离、薯块输送、分级、装袋等作业,收获过程耗用人工少,显著提高了生产效率。田间收获试验表明:该机对旱地尤其是全覆膜旱地马铃薯的收获质量好,土薯分离、茎秆及地膜分离良好,损失率、伤薯率、含杂率分别小于1.38%、4.2%和3.42%。适用于土质松软、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯的联合收获。     

单垄单行甘薯联合收获机薯秧分离机构设计与参数优化

针对中国甘薯联合收获机作业薯秧分离机构分离不彻底、甘薯损伤数量多、茎秆缠绕机具部件等亟待解决的问题,该文基于自走式甘薯联合收获机设计了一种结构简单、摘净率高、伤薯率低以及防茎秆缠绕的薯秧分离机构。根据设计计算确定了分离机构结构参数,其中挖掘输送装置总长度为2050mm,水平倾角为24°;主动轴和摘辊半径分别为18、36 mm;输送装置下层杆条与摘辊间距为27 mm,最上端与摘辊之间距离为251 mm。经过理论分析明确了甘薯的运动特性及其影响作业质量的主要工作参数机具前进速度、主动轴转速、输送装置水平倾角。通过薯秧分离试验发现在甘薯收获期薯秧分离力与其含水率变化规律符合二次函数关系,进一步开展田间试验借助Box-BenhnKen的中心组合设计方法选取主要工作参数对摘净率和损伤率的影响并作试验设计,以此为基础开展三因素三水平一次回归正交试验。在DESIGNEXPERT中使用响应曲面法分析各因素对摘净率和损伤率影响效应并对回归模型的参数进行优化。当田间试验取最优参数组合机具前进速度1.2 m/s、主动轴转速895 r/min、输送装置水平倾角24°时,摘净率和损伤率分别为98.14%、2.76%,分离效果满足甘薯收获要求。该研究也为其他土下果实联合收获作业果秧分离机构提供思路。     

4UGS2型双行甘薯收获机的研制

针对国内甘薯收获机械自动化水平低、挖掘阻力大、易堵塞、土薯分离效果差、生产效率低等突出问题,充分考虑甘薯自身生理性状,根据甘薯体型大、皮薄、结薯深和甘薯秧蔓匍匐缠绕严重等特点,设计研发了4UGS2型双行甘薯收获机,挖掘机构的防堵设计可有效保证土壤顺畅流动,减轻秧茎或杂草搭缠,从而降低作业阻力;两级土薯分离装置、主动型抖动装置和土薯分离装置速度配比优化设计,可以提高明薯率和降低破皮率,保证更有效的土薯分离效果;自动对行装置和自动挖深调控装置的研究,可进一步提高甘薯作物收获机械自动化水平和作业性能。田间收获试验表明:该机型对土质松软、板结较少的垄作旱地适应性较好,拖拉机前进速度为1.40 m/s时,其明薯率达97.40%,伤薯率达1.85%,破皮率达1.83%,可靠性为95%,生产率达0.80 hm~2/h。设计机型的各项性能指标优于传统机型,其明薯率提高6.23个百分点,伤薯率降低4.11个百分点,破皮率降低3.11个百分点,生产率提高0.19 hm~2/h。该机型工作稳定可靠、作业效果好、生产效率较高。该研究可为其他薯类收获机械智能化收获技术研发提供有效借鉴。     

马铃薯联合收获机立式环形分离输送装置设计与试验

为了解决目前国内马铃薯联合收获机分离输送装置存在的分离输送效果差、操控不灵活等问题,设计了一种立式环形分离输送装置。通过对该分离输送装置进行理论分析,确定了其关键零部件的结构和工作参数。以机组前进速度、横向拨送皮带线速度和环形轨道圈转速为试验因素,伤薯率和含杂率为试验指标进行了三元二次通用旋转组合试验,建立了各试验因素与指标之间的数学模型并进行了参数优化。结果表明:影响伤薯率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、横向拨送皮带线速度和机组前进速度;影响含杂率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、机组前进速度和横向拨送皮带线速度;且当机组前进速度为1.1 m/s、横向拨送皮带线速度为1.5 m/s、环形轨道圈转速为7 r/min时,马铃薯收获质量、土薯及杂质分离效果最好,平均伤薯率和含杂率分别为1.28%和2.41%。在最优参数条件下的田间验证试验结果表明,平均伤薯率和含杂率分别为1.46%和2.57%,理论值和试验值相近,符合马铃薯联合收获质量要求。     

马铃薯联合收获机立式环形分离输送装置设计与试验（英文）

为了解决目前国内马铃薯联合收获机分离输送装置存在的分离输送效果差、操控不灵活等问题,设计了一种立式环形分离输送装置。通过对该分离输送装置进行理论分析,确定了其关键零部件的结构和工作参数。以机组前进速度、横向拨送皮带线速度和环形轨道圈转速为试验因素,伤薯率和含杂率为试验指标进行了三元二次通用旋转组合试验,建立了各试验因素与指标之间的数学模型并进行了参数优化。结果表明:影响伤薯率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、横向拨送皮带线速度和机组前进速度;影响含杂率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、机组前进速度和横向拨送皮带线速度;且当机组前进速度为1.1 m/s、横向拨送皮带线速度为1.5 m/s、环形轨道圈转速为7 r/min时,马铃薯收获质量、土薯及杂质分离效果最好,平均伤薯率和含杂率分别为1.28%和2.41%。在最优参数条件下的田间验证试验结果表明,平均伤薯率和含杂率分别为1.46%和2.57%,理论值和试验值相近,符合马铃薯联合收获质量要求。     

甘薯联合收获机高度自适应集薯装置设计与优化

甘薯收获是甘薯生产中用工量最多、劳动强度最大的环节。为了解决甘薯联合收获机集薯环节存在伤薯率高、自动化程度低等问题,该研究开展了高度自适应集薯装置的机械结构设计与控制系统搭建。系统及结构设计充分考虑物料物理性状及作业过程中的运动学与力学特性,通过新的集薯方式以满足落薯高度自适应、集薯装筐和自动卸料换筐等作业要求。通过落薯高度自适应功能减小并控制薯块下落的高度达到有效减少甘薯伤薯率与破皮率的目的。在单因素试验分析结论的基础上,以清选平台转速、落薯机构转速和落薯设定高度为试验因素,开展三因素三水平Box-Benhnken试验,以伤薯率、破皮率、微破率和损伤率为试验指标建立多元回归方程并进行响应面分析。回归模型进行多目标优化后获得装置最优工作参数组合为：清选平台转速108.07 r/min、落薯机构转速74.75 r/min、落薯设定高度18.15 cm。对优化结果进行验证试验,试验结果为：伤薯率0.39%、破皮率0.54%、微破率22.93%和漏薯率0.54%,各评价指标与模型预测值相近。研究结果可为甘薯联合收获机高度自适应集薯装置进一步设计与优化提供参考。     

4U1Z型振动式马铃薯挖掘机的设计与试验

为解决南方、西南一二季混作区马铃薯机械化收获问题,针对该地区复杂耕地条件和农艺要求,研究设计了4U1Z型振动式马铃薯挖掘机。阐述了该机器主要结构、工作原理和关键部件的结构设计,对挖掘铲和振动分离筛机构进行运动学分析,理论与仿真相结合,分析整机的稳定性。以作业速度、振动分离筛倾角和振动频率为影响因素,以明薯率、可靠性、伤薯率为评价指标进行田间试验,对影响收获性能的参数进行分析,获得相关最佳参数组合,并与国家行业标准相比较进行验证。结果表明:挖掘铲、振动分离筛相反方向的振动抵消了部分惯性力,提高了机器的稳定性;作业速度为0.8 m/s,振动分离筛倾角为5°,振动频率为10Hz时,试验指标明薯率、可靠性、伤薯率分别为94.89%、93.41%、1.22%,此时挖掘作业效果及机器运行状态较好,收获性能指标满足标准要求。该研究为丘陵山区等小地块马铃薯收获问题提供了解决方案,同时为南方、西南山区间套作及丘陵山地等复杂耕地条件的小型马铃薯挖掘机的研究提供参考。     

马铃薯机械化收获技术与装备研究进展

中国马铃薯种植面积、总产量均居世界首位,机械化收获是马铃薯机械化生产中关键环节。目前,国内马铃薯机械化收获率较低,马铃薯收获装备是农机领域的短板弱项。该文分析了当前我国马铃薯机械化收获的发展现状、特点及制约因素,重点阐述了国内外马铃薯杀秧、减阻降耗挖掘、防堵限深控制、自动对垄作业、高效分离、低损收获、多功能行走底盘、人机交互等关键技术研究进展,分析对比中国和欧美、日韩等国家在马铃薯机械化收获装备上的差异,指出国内马铃薯机械化收获技术上的不足。针对国内马铃薯种植范围广、种植模式多样、丘陵山区小块地种植面积占比大的特点,提出分段收获和联合收获是国内马铃薯机械化收获的趋势,并对低损高效分离装置、卡脖子技术突破、农机农艺深度融合及政策导向进行展望,以期为中国马铃薯机械化收获技术进一步发展与研究提供借鉴。     

甘薯横向水平复式移栽机栽苗装置设计及试验

针对目前市场上缺少甘薯横向水平移栽机的问题，该研究根据横向水平栽插法移栽甘薯苗的农艺要求，设计了甘薯横向水平复式移栽机的栽苗装置。首先，通过理论分析栽苗装置栽插运动，确定影响甘薯苗移栽质量的主要因素为机器前进速度、链条速度、入土深度及栽苗爪高度等。再基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立栽苗装置-柔性甘薯苗-薯垄耦合作用模型，模拟栽苗作业过程，确定栽苗爪运功轨迹为短摆线，栽苗爪高度为50 mm，确定甘薯苗最终位姿和甘薯垄形态符合甘薯水平栽植农艺要求。最后采用Box-Behnken试验设计方法，以机器前进速度、链条前进速度和入土深度为试验因素，以栽植深度合格率、栽植株距合格率、移栽效率为评价指标，进行了响应面试验，构建优化模型。试验确定移栽机最优工作参数组合为：机器前进速度0.4 m/s，链条前进速度0.2 m/s，入土深度46 mm。该参数组合下栽植深度合格率为92%，栽植株距合格率为92%，移栽效率为263株/min。研究结果可为甘薯横向水平移栽机设计及优化提供参考。     

振动和拨辊推送式藠头收获机研制

针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题，该研究研制了基于"杆筛式振动碎土+拨辊推送式多级分离"技术的自走式藠头收获机。对挖掘和果土分离过程中的物料状态和作业机理进行了分析，建立模型计算得到了挖掘装置的位置和深度、杆筛式振动装置的振幅和曲柄转速、拨辊的尺寸和位置等关键参数，基于可调式挖掘装置、杆筛式振动装置、拨辊推送式多级分离装置组成加工了藠头收获机样机。针对研究内容设计了田间挖掘试验和整机性能试验，对以上装置及整机的作业性能进行验证。田间试验表明：该机实际挖掘深度稳定，漏挖率、埋果率、总伤果率分别为0.31%、3.20%、5.87%，有效收获率为93.23%。整机结构及布局合理，性能稳定，能够满足当前丘陵山区条件下藠头机械化收获的需求。     

圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制与试验

针对目前中国马铃薯收获机械普遍存在的薯土分离不完全、易于堵塞、振动大和功耗过大等问题,该文研制了一种与四轮拖拉机配套的圆盘栅式马铃薯挖掘机。为提高分离效率,该机采用栅条式挖掘装置和圆盘栅式分离装置,通过计算确定了挖掘装置和分离装置各关键参数。改进了圆盘切刀结构,方便其切土的同时漏掉侧边细小土壤。田间试验表明:圆盘栅式马铃薯挖掘机挖掘、输运流畅、分离效果显著,伤薯率为4.3%、损失率为3.3%、明薯率为97.5%,3项指标结果均达到了技术规范设计要求。此外与拨指轮式马铃薯挖掘机进行的田间试验对比中发现,该机在明薯率和损伤率2项参数对比中占优。因此,圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制成功为西北旱作农业区垄作马铃薯的挖掘提供了一种防堵、薯块易捡拾、功耗小和适应性强的马铃薯挖掘机。     

定量铺放自走式大葱联合收获机研制

为了提高大葱的机械化收获水平,该文结合大葱种植模式和农艺制度,设计了一种自走式大葱联合收获机。该机能够一次完成大葱的挖掘、抖土、喂入、夹持输送、二次去土清杂、收集、成堆铺放作业,主要由挖掘抖土装置、柔性夹持输送装置、收集卸料装置等关键部件组成。通过作业过程的理论分析和计算,确定了各关键部件参数。运用Box-Behnken中心组合试验方法,以整机前进速度、挖掘铲水平倾角、抖土频率、气缸伸缩周期作为试验因素,以大葱含杂率和损伤率为评价指标,开展了四因素三水平正交试验。通过Design-Export 8.0.6.1数据分析软件,建立各试验因素与评价指标的数学回归模型,分析各试验因素对大葱含杂率和损伤率的影响,并对试验因素进行参数优化。试验结果表明:影响大葱含杂率的各因素显著性顺序为整机前进速度>抖土频率>挖掘铲水平倾角>气缸伸缩周期,影响大葱损伤率的各因素显著性顺序为挖掘铲水平倾角>抖土频率>气缸伸缩周期>整机前进速度;最优工作参数组合为整机前进速度0.7 m/s,挖掘铲水平倾角35°,抖土频率4.3 Hz,气缸伸缩周期2.5 s,此时大葱含杂率的模型预测值为3.00%、损伤率为1.66%,田间试验的大葱含杂率为3.14%、损伤率为1.74%,与模型预测值的相对误差均小于5%。研究结果可为自走式大葱联合收获的结构完善和作业性能优化提供参考。