基于虚拟正交试验果园垄面割草机侧刀盘切割性能分析

为解决矮砧密植型果园生草制管理所面临的垄面草体处理困难的问题，通过三维设计软件建立了果园垄面割草机侧盘三维实体模型，并进行前进速度、刀盘转速、刀片数和刃线长度对重割率影响的优化仿真试验，利用动力学分析软件ADAMS得到刀片运动轨迹并计算重割面积，对模型进行四因素三水平虚拟正交试验，利用响应面分析法进行显著性分析。结果表明，最佳取值为前进速度A=2 m·s-1，刀盘转速B=2 500 rad·min-1，刀片数C=2。刃线长度D=55 mm时，重割率最低为16.6%。通过田间试验验证该模型仿真设计满足果园割草机技术要求，研究结果可为果园垄面割草机结构设计和参数优化提供参考。     

果园自动避障割草机前架设计与仿真

为了解决现有果园割草机自动避障性能较差、避障多为接触式机械避障的问题,为未来非接触式避障割草机整体的研制而设计出1种割草机前架机械平台。基于ADAMS仿真软件对前架进行虚拟样机仿真,采用响应曲面的优化设计方法对前架中以割盘、摆臂和套筒组成的装配体进行优化前后静力学分析对比,通过ANSYS Workbench对优化后装配体进行模态分析。结果表明,割盘所受最大应力降为0.822 7 MPa,优化率为39.82%;摆臂所受最大应力降为14.150 0 MPa,优化率为39.03%;套筒所受最大应力降为15.669 0 MPa,优化率为17.89%。优化后低阶频率为297.72 Hz,符合设计要求。     

铰接转向果园割草机的设计与试验

针对丘陵山地现有果园割草机行走性能差及人员操作便捷性低等问题,设计一种铰接转向果园割草机。采用理论分析与仿真、田间试验相结合的方法,对铰接转向果园割草机进行研究。结果表明:1)铰接转向果园割草机最大行驶速度5.9 km/h,割刀转速1 450~3 850 rad/min,最小转弯半径466.4 mm,爬坡与下坡纵向极限倾覆角度分别为37.47°和60.99°,横向极限倾覆角为48.76°;2)应用Ansys workbench软件分析得到割草机车架在平地直行、平地最大角度转向、直行爬坡与直行下坡四种工况下最大变形量和最大等效应力分别为0.034 4 mm和20.06 MPa。田间试验结果表明:铰接转向果园割草机的割幅利用率为98.9%,平均碎草率85.9%,割茬高度基本符合设定高度,满足丘陵山地小地块果园作业需求。     

果园割草机器人甩刀设计与分析

果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关，结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性，基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型，模型分析表明，在不出现缠草的条件下，甩刀轴转速1 500 r/min时在最优切割位内对单根杂草茎秆的碰撞力为74.25 N。刀片的切割轨迹分析表明，设计的Y型甩刀刀片切向速度与前进速度的比值λ>1时，割草机器人能有效地进行割草作业。割草机器人实地割草试验结果表明，刀片座间距43 mm、刀轴转速1 500 r/min、前进速度1.0 m/s时，重割率最小。     

一种割幅可调割草机调幅机构的设计

针对果园除草尤其是株间除草机械化作业难的问题,设计开发具有割幅可调功能的割草机对于提高果园除草机械化作业具有重要意义.基于果园除草机械化作业特点,确定了基于连杆机构的割幅可调割草机方案;建立了割草机调幅机构的理论模型,并对割草机调幅机构作业参数进行了设计和计算;在此基础上设计开发了割草机调幅机构的优化轨迹,并对机构相关参数进行了理论计算.根据理论计算结果,选择直线形轨道,并进行了仿真分析.仿真结果表明:直线形轨道的效率随着滑杆的移动从48.389％增至85.975％,能满足设计要求.在预定割幅范围的杂草均能被割除,且运动过程中载荷突变值较小,对材料强度要求较低.该调幅机构能够满足工作要求,可为产品开发提供理论依据.     

基于虚拟样机运动学仿真的割草机喂草导向装置参数优化

针对果园常见的单株生长的较粗难切割的杂草,设计割草机的专用喂草导向装置。联合CREO和ADAMS建立喂草导向装置与杂草的刚柔耦合模型,并对杂草在喂草导向装置喂草口角度和前进速度不同的情况下的运动规律进行分析。根据杂草顶端点在空间坐标系中X、Y、Z轴方向上的位移变化相关关系获得杂草的偏移夹角、割草机的理论最大割幅和割茬偏移等3个重要指标,来表征喂草导向装置的工作效果。使用Design-Expert 10.0进行试验设计,试验结果表明,最优的方案为:喂草口角度为80°、机器前进速度为1 330 mm/s,此条件下喂草导向装置的工作效果良好,割茬平整,最大偏移量为27.02 mm。     

柑橘园仿形割草机切割器的设计与试验

针对山地柑橘园地形地貌复杂、一般刀盘难以作业的问题,设计了一种柑橘园仿形割草机切割器,该切割器采用让刀设计,具有避障功能,可降低障碍物对刀片的损害。通过理论分析和优化设计,建立甩刀对数螺线函数模型。通过台架试验和综合评分法分析得出切割器的最佳组合参数为：刀盘转速为1 900 r/min、刀刃长度为72 mm、刀片数量为4。试验结果显示,与正交试验组中最优值相比,切割器峰值扭矩降低0.38%,一次切割整齐率上升5.43%,所设计的柑橘园仿形割草机切割器满足山地柑橘果园的除草要求。     

背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

动力割灌机圆盘刀片割草工作性能的研究

泰州林业机械厂生产的DG3型割通灌机配带的两种别草刀片,由于刃线型式不合理,工作时消耗功率大,(?)存在低速切割段,导致出现漏割区。针对这两种缺陷,通过理论设计和试验,选定了3种新(?)割草刀片,使工作效果得到了明显的提高。     

旋刀式草坪割草机切割刀具的研制

本文研制的铰结式切割刀具,其结构特点是刀头铰结在刀体的两端。其优点是:1.当机具在工作中遇到障碍物时刀头能反向回转,可避免刀具和机具的损坏;2.当刀头严重磨损或损坏后可单独更换;3.可使用较小的热处理设备完成热处理。通过不同材料刀头的性能试验,刀头的耐磨性和韧性,都达到或超过同类日本机型的刀具水平,其中由低碳马氏体材料制成的刀头性能最好。     

基于ANSYS/LS-DYNA的滚刀式甜高粱切割器动力学仿真

甜高粱茎秆切割装置的研究,对于提高其割茬整齐度和糖份利用率均有重要意义。通过分析滚刀式切割器切割原理,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立甜高粱茎秆切割装置有限元模型,模态分析结果显示,刀片的固有频率为1 908.7 Hz,能够避免滚刀高速旋转情况下动刀片共振情况的发生。研究甜高粱切割过程中刀片的受力情况与动刀片参数的关系,以整机前进速度、刀片安装角度和滚刀转速为3个因素,以切割力为试验指标,利用正交试验的方法,得出当刀片切割力最小时,刀片安装角度为140°,滚刀转速为1 400 r/min,整机前进速度为4 km/h,为甜高粱茎秆切割装置的研究提供依据。     

甘蔗切割器不同形状刀片切割力的仿真分析

为了改善甘蔗切割器刀片切割甘蔗的质量及提高刀片的使用寿命,本文对单圆盘甘蔗切割器上采用的3种形状刀片建立切割器仿真模型,运用ANSYS有限元分析软件对刀片模型进行切割力仿真试验研究.以刀片节点变形量和应力值为判别指标,对试验数据进行处理、数理统计分析,建立影响刀片工作性能的多因素(刀片刃角、切割长度、节点位置)数学模型,在相同切割力作用下定性和定量分析不同形状刀片在不同位置下的变形量和应力值,通过优化分析,得出较优的形状刀片及结构参数.结果表明弯形刀片形状优于梯形和矩形刀片,机械强度较好,结构参数优化为刀片刃角15°,切割长度75mm,该研究结论对甘蔗收获机械的研发有重要的指导意义.     

改进粒子群优化算法的果园割草机作业路径规划

为提高果园割草机的工作效率,降低作业成本,提出一种改进粒子群优化算法(Improved particle swarm optimization,IPSO)以解决矩形果园环境下的割草机作业路径规划问题。对苹果园割草场景下的作业路径特点进行分析,将路径规划问题转化为割草机作业行的调度排优问题,考虑多种转弯策略,以总转弯距离最小为优化目标,采用粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)求解最佳的作业行序列。为增强粒子群的寻优能力,使用随搜索进程非线性动态变化的算法参数及粒子扰动策略对PSO算法进行改进,通过仿真试验及实地试验进行验证。结果表明:1)6种不同作业行数下,与PSO算法相比,IPSO算法收敛速度减慢,算法耗时平均增加约1.0~2.5 s,但均能找到总转弯距离更少的作业路径,总转弯距离减少率为7.52%~32.72%;2)不同割草机参数(作业幅宽、最小转弯半径)下,与PSO算法相比,IPSO算法均能找到总转弯距离更少的作业路径;3)在果园环境与割草机机型确定的实际作业情况下,与传统方法和PSO算法相比,IPSO算法均能找到油耗更小的作业路径,节省油耗分别为 22.51%和1.57%。     

收获期马铃薯茎秧切割强度的试验研究

针对现有马铃薯杀秧机存在杀秧阻力大,打碎长度合格率低,带薯率高,作业效率低等问题,采用BoxBehnken试验设计原理,依照三因素三水平响应面分析方法建立切割方式、切割速度、切割高度与切割强度的数学模型,对各因素之间的交互作用进行分析,并对刀型和切割方式进行单因素试验研究。结果表明:刀型和切割方式对马铃薯茎秧的切割强度均达到极显著影响(P0.01),锯齿刀优于光刀,滑切优于正切;切割方式,切割高度对切割强度影响极显著(P0.01),切割速度对切割强度影响较显著,三因素的交互作用均不显著(P0.05);切割方式、切割高度和切割速度对马铃薯茎秧切割强度的影响依次由强到弱。     

凸圆弧形刀片切割性能研究

针对铡草机功耗大、生产率低、切割质量差等问题,利用9Z-4C型青贮铡草机搭建切割性能测试试验台,通过分析刀刃切割过程的受力确定刃倾角对切割性能的影响。以主轴转速、刃倾角和喂入量为试验因素进行单因素试验研究得到切割装置切割性能最佳取值范围：主轴转速600～700 r·min^-1、喂入量0.9～1.5 kg·s^-1、刃倾角60°～70°。以比功耗作为切割性能评价指标,通过Box-Behnken 响应面试验得出各因素对铡草机切割过程中对比功耗影响的主次顺序：主轴转速>喂入量>刃倾角;根据试验结果以比功耗最小为响应值,利用Design-Expery8.0.6软件分析出各因素对比功耗影响的最佳参数组合：主轴转速642 r·min^-1、喂入量为1.3 kg·s^-1、刃倾角63°,切割性能较优化前提高了14%。该结果可为铡草机切割装置的参数优化和结构改进提供依据。     

基于Adams的甘蔗收割机切割器运动学仿真分析

为探究收割机切割器运动对甘蔗收割质量的影响,提高切割器的切割质量,研究了甘蔗收割机双圆盘切割器的运动学规律,推算出描述该运动规律的计算公式。通过公式计算,得出最佳参数匹配,利用pro/E建立甘蔗切割器三维实体模型,在Adams中进行运动学仿真,对刀刃上单点运动进行分析,得出了刀刃单点的位移、轨迹的运动规律图。结果表明,在不同前进速度、不同刀片数目的情况下,随着公式系数P的增加,甘蔗被重复切割次数会增加,通过合理选取系数,可以算出准确的刀盘转速以达到特定的切割效果。当系数P取1或2时,能够控制甘蔗被一刀或两刀切断,是比较理想的切割效果。