甘蔗茎秆切割力试验

切割力试验是研究甘蔗茎秆切割机理的重要手段。该文在自制的单刀切割试验台上，通过对滑切角、刀盘倾角和切割速度进行三因素三水平正交试验，研究各因素对单位切割力和最大切割力的影响，在此基础上，进行切割速度单因素试验。试验表明：对单位切割力影响的主次顺序为切割速度－滑切角－刀盘倾角；对最大切割力影响的主次顺序为切割速度、刀盘倾角、滑切角。刀盘倾角对最大切割力影响较显著，而对单位切割力影响不显著。进行作物粗茎秆切割力试验时，以单位切割力为试验指标比较合理。单位切割力与切割速度之间呈线性关系，切割速度越大，单位切割力也越大。     

梨树枝条切割装置刀片参数优化与试验

为降低梨树枝条修剪装置刀片切割力与切割功耗,该文在自制切割试验台上进行梨树枝条切割试验。采用BoxBenhnken中心组合试验方法对切割试验台的工作参数进行了试验研究,以切割速度、动刀楔角、动刀前角为影响因素,以峰值切割力、切割功耗为目标函数,建立了两者之间的多元数学回归模型。试验结果表明:峰值切割力影响显著顺序依次为动刀楔角、切割速度、动刀前角;切割功耗影响显著顺序依次为切割速度、动刀前角、动刀楔角;最优工作参数组合为切割速度150 mm/min、动刀楔角30°、动刀前角3.5°,对应的峰值切割力和切割功耗分别为2.99 k N、20.54 J,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于10%。试验结果可为寻求省力、低功耗的刀片参数提供参考。     

刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响

甘蔗切割质量差会导致宿根破头,造成第二年宿根发芽率降低,极大影响甘蔗产量和经济效益。该研究围绕刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响开展研究,利用自主研发的甘蔗收获机试验平台进行砍蔗试验,以甘蔗的裂纹总数、最大裂纹深度、最大裂纹长度和宿根破头数作为评价指标,采用改进熵值法计算各指标的综合评价值,通过单因素试验、正交试验和二次回归正交旋转组合试验,分析以刀盘轴向振幅和频率表征的刀盘轴向振动以及刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角及其交互作用对甘蔗切割质量的影响。试验结果表明,甘蔗切割质量和刀盘轴向振幅以及频率之间呈线性负相关关系;刀盘轴向振幅和频率对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.002和0.035。刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。刀盘轴向振幅和频率的交互作用以及刀盘轴向振幅和刀盘转速的交互作用对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.045和0.036。其他因素交互作用对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。对甘蔗切割质量影响的显著程度大小为刀盘轴向振幅、频率、甘蔗收获机行走速度、刀盘倾角、刀盘转速;刀盘轴向振幅和频率越大,甘蔗切割质量的综合评价值越大,切割质量越差;刀盘轴向振幅和刀盘转速同时增大,甘蔗切割质量的综合评价值增大,切割质量变差。用高速摄像机观察砍蔗过程发现,甘蔗需经历1次以上的切割才会被砍断,且不同的切入位置之间存在高度差。应采取减振措施降低切割系统的振幅,同时提高车架和切割系统的固有频率,避免出现共振现象。研究结果可为研发具有高切割质量的甘蔗收获机提供参考。     

双动刀沙棘枝条切割参数分析与试验

针对国内缺少沙棘专用机械收获装备、探明沙棘枝条最优切割参数组合,该研究设计了双动刀沙棘枝条切割试验台并开展沙棘枝条切割试验,确定了切割装置关键结构参数,基于LabVIEW开发了沙棘枝条切割特性测控系统和数据采集软件。通过单因素试验探究平均切割速度、刀具滑切角、刀刃高度和动刀组数对单位直径峰值力及单位面积切割功耗的影响;采用Box-Behnken多因素试验设计方法,以平均切割速度、枝条喂入速度和刀具滑切角为试验因素,以单位直径峰值力和单位面积切割功耗为评价指标建立回归模型。试验结果表明,评价指标随着平均切割速度、刀具滑切角和刀刃高度的增大而减小,在双动刀时比单动刀时数值更小。通过响应曲面法优化回归模型,确定最优切割参数组合为平均切割速度0.45 m/s、枝条喂入速度0.64 m/s、刀具滑切角9.4°,该组合下单位直径峰值力为53.33 N/mm,单位面积切割功耗为69.87 N/mm²,模型误差小于5%,切割参数优化结果准确。研究结果可为后续沙棘枝条收获装备的研发提供数据支撑。     

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。     

滑剪组合式甘蔗根切装置的设计与试验

针对甘蔗切割过程中存在的宿根破头率高的问题，该研究通过分析甘蔗茎秆与刀具之间的相互作用关系，设计了一种基于“滑切+剪切”相组合的甘蔗根切装置，旨在提高根切作业质量。首先，通过分析传统圆盘式根切器的无支撑切割与滑剪组合式根切器的有支撑切割的作用原理，表明有支撑切割可以有效降低茎秆的弯曲阻力和惯性力，因此一定程度上阻止了茎秆产生较大的变形，有效保证了茎秆的切割质量，而滑切可有效降低切割阻力。并通过建立茎秆的根切受力模型，对根切器关键零部件的参数进行确定，采用等滑切角式刀片曲线进行滑切作业，滑切角和刀片刃口角分别为40°和45°。基于 ANSYS/ Workbench对根切器进行了静力学分析及模态分析，得到刀具的屈服强度为450～650 MPa，大于刀具所受最大应力102 MPa，最大变形量为4.94×10^-5 m，满足使用性能要求。切割电机和喂入电机对应的激振频率分别为 0~6.667 Hz 和 0~11.667 Hz，模态分析结果表明两电机的激振频率远小于根切器的一阶固有频率（60.89 Hz），因此不会引起共振现象，能够保障室内试验的顺利进行。搭建了可调刀盘转速、喂入速度及切割倾角的根切试验台，台架单因素试验结果表明当切割倾角、刀盘转速和喂入速度分别在10°～15°、140～220 r/min、1.1～1.7 m/s时，综合评价值较小，切割质量较优。正交试验方差分析结果表明各因素对综合评价值y均有显著影响；正交试验极差分析表明当切割倾角为15°，刀盘转速180r/min，喂入速度为1.4m/s时为最佳试验水平。经试验验证，此时综合评价值为0.256和0.298，切割质量较优。参考DG/T 117-2021 甘蔗收获机械试验方法对甘蔗破头率进行检验，剪切合格率高达90.4%，破头率降低至10%以下，滑剪组合式甘蔗根切器作业质量满足行业要求。本研究可为新型甘蔗根切器的设计与研制提供理论参考。     

苹果枝条往复式切割剪枝参数分析与试验

为探究苹果枝条剪切力学特性,寻找最优切割参数组合,支撑后续剪枝装备的开发,该研究利用自制的往复式枝条切割试验台,通过单因素试验研究枝条直径、平均切割速度、切割间隙和刀具滑切角对枝条峰值切割力的影响。在单因素试验基础上选取平均切割速度、切割间隙和刀具滑切角为影响因素,以峰值切割力为目标进行多因素试验,并建立回归模型。试验结果表明,峰值切割力与枝条直径呈线性增长关系,随着平均切割速度和滑切角的增大而减小,随着切割间隙的增加先减小后增大。对回归模型进行优化分析,得到最优切割参数组合为平均切割速度0.4m/s、切割间隙1.5 mm、刀具滑切角20°,该组合下的峰值切割力为560.97 N。峰值切割力的预测值与实测值的偏差小于4%,切割参数优化结果可靠。该研究可为后续苹果枝条修剪装备的研发提供数据支撑。     

棉花秸秆双支撑切割性能试验

针对现有往复式切割器切割收获棉花秸秆过程中存在切割质量差与切割刀片易损坏等问题,该文利用自制的棉花秸秆切割试验台和高速摄影系统,以棉秆单位直径最大切割力和单位面积切割功为目标值,对平均切割速度、切割倾角和切割速比等影响因素进行了棉秆往复式双支撑切割条件下的单因素试验、中心组合试验和验证试验。利用响应面法对中心组合试验数据进行了处理,建立了目标值与各影响因素之间的回归模型,优化了往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数。试验结果表明,平均切割速度和切割倾角对棉花秸秆单位直径最大切割力和单位面积切割功的影响显著(P0.01),切割速比影响不显著(P0.05),但切割速比对棉秆切割截面的质量具有重要影响;当切割速比为1.25和1.5时棉秆一次切断率为85%,比切割速比为1、1.75和2时高出10%~15%,割茬高度比切割速比为1、1.75和2时低10~30 mm;利用往复式双支撑切割器切割棉花秸秆时的工作参数的最佳组合是:平均切割速度为0.9 m/s、切割倾角为12.7°、切割速比在1.25~1.5之间,该条件下的棉秆切割性能目标值的平均实测值与预测值的误差均小于7%,表明棉花秸秆往复式双支撑切割器工作参数的优化结果可靠。该研究为高效、低耗的棉花秸秆切割收获机械装备及其切割器的研制和使用提供参考。     

小型甘蔗收获机切割器试验研究

小型甘蔗收割机切割器必须具有切割功耗(切割扭矩)和切割损失小的特点。通过正交试验，对影响这两个评价指标的切割参数进行单、多因素试验，得出切割参数的主次顺序，即刀盘转速、刀盘倾角、刀刃滑切角。进而采用正交多项式回归分析方法对试验数据进行处理，获得影响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，获得切割损失和切割功耗均较小的最佳切割参数组合：刀盘转速为685 r/min，刀盘倾角为9°，刀刃滑切角为26°，从而为小型甘蔗收割机切割器设计提供依据。     

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。     

圆盘式开沟机作业功耗仿真分析及试验验证

为探明土壤条件和工作参数对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,该文采用光滑粒子流体动力学方法构建了土壤-开沟刀盘的有限元模型,利用ANSYS软件中的显示动力模块LS-DYNA对开沟刀盘土壤切削过程进行仿真分析,得出开沟刀盘在土壤切削过程中功率消耗的变化规律。结合正交试验设计和数值模拟技术,研究土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度对圆盘式开沟机作业功耗的影响规律,得出影响作业功耗的因素主次顺序是土壤坚实度开沟深度刀盘转速。采用多变量单目标优化方法,建立关于土壤坚实度、刀盘转速和开沟深度的作业功耗模型,利用Matlab软件对功耗模型进行求解,得出当土壤坚实度为120 N/cm~2,刀盘转速为225 r/min,开沟深度为405 mm时,作业功耗最小为32.4 k W。通过土槽试验对优化结果进行验证,结果表明:理论值与试验值的相对误差为5.68%,作业功耗模型和优化结果具有较高的准确性。该研究可为圆盘式开沟机选择节省功耗的参数组合提供参考。     

空载状态下往复式棉秆切割器动力学仿真与试验

为了能够迅速、可靠地确定空载状态下往复式棉秆切割器的切割阻力和功耗等数据从而优化其设计,选择一种以偏置式曲柄连杆机构驱动的往复式棉秆切割器作为仿真与试验研究对象。采用SolidWorks进行了虚拟样机设计,利用ADAMS对空载状态下往复式棉秆切割器进行了动力学仿真研究,依据仿真数据应用响应面方法对切割峰值阻力与机架所受振动力进行了试验分析,确定了割刀平均切割速度为0.8m/s、配重块质量为1.5kg、安装位置滞后于曲柄位置170°时切割峰值阻力与机架所受振动力最小,分别为450和380N。利用研制的往复式棉秆切割试验台,对空载状态下的切割阻力随着割刀平均切割速度的变化进行了试验研究,并与仿真数据进行了对比分析。结果表明,切割峰值阻力的实测值与模拟值相对误差为7%,机架所受振动力的实测值与模拟值相对误差为7.7%,仿真数据可靠,能替代试验数据作为参考依据,为低功耗棉秆切割收获装备的研发提供了一种设计参考。     

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。     

斜置式甘蔗切割喂入装置设计及试验

为了提高甘蔗收割机的作业质量,该文设计了一种斜置式甘蔗切割喂入装置,并进行了装置性能的试验和对不同生长状态甘蔗的适应性试验。性能试验结果表明,切割喂入装置在机器前进速度为0.43m/s、刀盘转速为450r/min、刀盘倾角为8°时,甘蔗的破头率为20%、整秆率为60%、喂入率为100%、损失率为12.6%;适应性试验结果表明,甘蔗与双刀盘中心相对位置为-100mm("-"表示沿机器前进方向,甘蔗位于蔗行中心线右侧)、倒伏姿态角为40°、侧偏角为30°和甘蔗与双刀盘中心相对位置为-100mm、倒伏姿态角为60°、侧偏角为0的甘蔗适应性好。     

甘蓝根茎切割力影响因素分析

为了合理设计4YB-1型甘蓝收获机切割装置,使其对甘蓝根切割效果更好.该文在微机控制多功能试验机上,进行单因素和多因素正交试验,研究了切割方式、切割刀片形式、切割速度和切割位置对甘蓝根茎切割力的影响.结果表明,切割位置对切割力的影响最大,切割力随着切割位置接近甘蓝顶层叶而减小,较优的切割位置距顶层着叶5~40 mm处,根径为22~30 mm用锯齿刀滑切时能大大降低甘蓝根茎的切割力;切割力随着切割速度的增加而减小,切割速度为150 mm/min 时有利于顺利切割,此时最大切割力为97.8 N;甘蓝根茎切割采用锯齿刀、滑切方式为宜.研究结果为4YB-I型甘蓝收获机切割器的设计和安装提供了理论依据.     

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。     

玉米果穗剥皮的运动仿真与高速摄像试验

针对玉米剥皮田间试验和室内试验存在玉米品种多样、适收期短等问题,该文提出了采用理论分析、虚拟仿真技术与高速摄像技术相结合的方法,研究果穗在剥皮机构中的运动。首先,对玉米果穗在剥皮机构中的受力及运动进行了理论分析,得到影响果穗剥净率、剥皮效率以及剥皮损失的主要因素;其次,应用ANSYS/LS-DYNA建立了玉米果穗与剥皮机构相互作用有限元仿真模型,获取了剥皮辊不同转速下玉米果穗在剥皮机构中的运动速度、绕自身轴线的角速度和受力情况。仿真结果表明,随着剥皮辊转速的增大,果穗的运动速度由0.2增大到0.4 m/s;果穗绕自身轴线的旋转角速度增加,在0~15 rad/s之间变化;果穗的受力增大,且波动性更强,3种工况下最大受力分别为11.9、14.5和16.3 N。以玉米果穗沿剥皮辊的速度和加速度为验证参数,仿真数据与果穗剥皮高速摄像试验数据进行了对比。结果表明,仿真数据与高速摄像试验结果基本一致,证明了仿真模型可以较好地替代物理试验。该研究结果可为剥皮机构的设计与分析提供了参考。