栅条式马铃薯挖掘铲的设计与试验研究

针对现有马铃薯挖掘机作业阻力大、挖掘铲土薯分离能力差等问题,设计了栅条式马铃薯挖掘铲,通过三因素二次正交旋转回归试验,分析了铲面倾角、挖掘铲长度、栅条间距对挖掘阻力的影响,得出挖掘阻力与影响因素的回归模型.结果表明:挖掘阻力最小时的最佳参数是挖掘铲长度为48.13cm,栅条间距为5.37cm,铲面倾角为30.3°;影响挖掘阻力的因子由主到次为:铲面倾角、挖掘铲长度、栅条间距.     

马铃薯二阶凸面挖掘铲的设计与研究

挖掘铲作为马铃薯收获机的核心部件,其参数与铲体机构设计不合理会直接导致马铃薯在收获时产生壅土和伤薯问题,针对该问题设计出一种二阶凸面挖掘铲。通过对挖掘铲建立阻力模型,分析确定挖掘铲主要参数:宽度为100 mm、铲刃倾角为50°、铲面倾角为20°、铲的总体长度为350 mm、挖掘深度为186 mm。对设计的挖掘铲与三角平面挖掘铲进行有限元分析对比与试验验证,结果可知,该设计能够有效解决壅土和伤薯问题。     

大红萝卜收获机挖掘铲的设计及力学分析

为解决东北大红萝卜收获机械化较低,收获速度较慢,劳动强度大等突出问题,采用数理统计方法对大红萝卜的自然生长特性进行分析,得到了大红萝卜的直径、质量、食用根长度、食用根土下埋藏深度的分布区间等相关数据,为大红萝卜收获机设计提供了必要的理论依据。对大红萝卜收获机的挖掘机构进行了分析,建立了挖掘铲的力学模型,得到了挖掘摩擦力、挖掘阻力随挖掘铲铲面倾角变化的关系曲线图,为挖掘铲的铲面倾角设计提供了理论依据。从挖掘铲铲柄间距、挖掘铲长度、入土深度、铲面宽度、铲刃角等角度对挖掘铲结构进行了分析与设计,为大红萝卜收获机研制进行了技术储备。     

铲筛激振式马铃薯挖掘机的设计与研究

针对我国丘陵山地作业大型机械不适宜、小型手扶类拖拉机动力不足的问题,以减阻和提高土薯分离效率为目标,设计了一种铲筛激振式马铃薯挖掘机。该机将挖掘铲后端设计成栅格状,分离筛各齿条倾角由内向外增大,增加了土薯分离面积;采用铰链四杆式摆动机构和组合式偏心轮,可实现挖掘铲倾角和振幅调整。田间试验表明,该机土薯分离效果良好,明薯率为96.2%,挖净率为97.8%,伤薯率低于3.9%;在前进速度为0.34 m/s情况下,无振动时的平均牵引阻力为1 498 N,而频率为14 Hz,振幅为4 mm和8 mm时的平均牵引阻力分别为1 204 N和995 N。研究表明,振动挖掘可以降低牵引阻力,提高土薯分离效率,所设计的挖掘机性能指标均满足作业要求。     

4S-80马铃薯振动挖掘机牵引阻力的测试分析

振动挖掘铲可大幅降低其入土阻力,4S-80马铃薯挖掘机采用铲筛一体的振动式结构。为了探知振动铲筛的实际降阻效果,设计了动态测试装置,并进行了几种不同作业状况下的牵引阻力测试。结果表明,铲筛振动状态下可显著降低挖掘作业时的机具牵引阻力和拖拉机牵引功率;低速作业时作业速度变化对振动挖掘铲作业的牵引阻力影响不大;机具挖掘深度增加时,拖拉机牵引阻力和牵引功率会明显增大。     

振动挖掘铲减阻数值模拟及参数优化

对小型振筛式马铃薯挖掘机振动挖掘铲的性能参数进行优化,借助Adams和Ls-Dyna相结合法模拟振动挖掘铲挖削土壤过程,据4因素3水平响应曲面法试验设计原理对影响挖掘铲挖削阻力的因素进行了多因素方差分析,并建立和优化了回归模型。结果表明:影响牵引阻力的因素由大到小依次为振动频率、牵引速率、入土角、振幅;当牵引速率为0.67m/s、振动频率13.77Hz、振动幅值11.93mm、入土角8.35°时,优化牵引阻力为1 449.59N。田间验证试验结果表明:试验阻力平均值与仿真结果误差5%,说明回归模型能较好的反映振动频率、牵引速率、入土角、振幅于牵引阻力之间的关系。     

黄芪振动挖掘机工作参数的优化与试验

针对现有中药材挖掘机在挖掘黄芪时出现分离效率低、损伤率较高等问题,对典型中药材振动挖掘机的工作参数进行优化,使其满足黄芪挖掘作业。对其振动机构进行运动分析,通过Mathlab优化工具箱对振动机构的核心参数进行优化。基于Box-Behnken试验设计法以牵引速度、挖掘铲振动频率和铲面倾角为影响因素,以明茎率为主要指标,兼顾伤茎率进行参数优化。结果表明:当整机牵引速度为0.64m/s,挖掘铲振动频率为8 Hz,铲面倾角为15°时,明茎率为95.62%、伤茎率0.73%。田间试验结果表明:同等条件下,明茎率为93.62%、伤茎率0.82%;整机运行平稳可靠。优化的振动挖掘机满足黄芪挖掘农艺要求。     

根茎类中药材仿生挖掘铲的设计与试验

【目的】针对挖掘阻力制约根茎类中药材收获机械发展这一问题。【方法】基于蝼蛄前足趾构型,设计了一种仿生挖掘铲。通过CAXA软件获取前足爪趾轮廓曲线,利用MATLAB进行轮廓曲线的提取,并借助EXCEL得到拟合曲线方程;根据轮廓曲线在SolidWorks建模软件中建立仿生挖掘铲模型,采用ANSYS Workbench软件对挖掘铲进行应力应变分析;最后通过土槽和田间试验检测挖掘铲减阻效果和挖掘性能。【结果】仿真结果表明,仿生挖掘铲强度能达到使用性能要求;环形土槽试验表明,仿生挖掘铲相较于平面铲具有一定的减阻功效;田间试验表明,仿生挖掘铲具有良好的挖掘效果。【结论】在铲面末端高度100mm到160mm的范围内,仿生铲所受阻力均小于平面铲,该研究能为根茎类药材收获机减阻降耗提供理论参考和设计依据。     

太子参联合收获机挖掘铲的设计与试验

【目的】对太子参联合收获机挖掘铲进行理论计算,解决根茎类收获机挖掘铲在工作中普遍存在的阻力大、易壅土的问题.【方法】采用EDEM软件结合三因素三水平正交设计,选取最优参数组合,对仿真结果最大阻力值与土槽试验得到的最大阻力值进行对比.【结果】EDEM仿真得出的结果,经正交试验得到挖掘铲最佳工作参数组合为:工作速度0.8 m/s,入土深度200 mm,入土角度20°时,工作性能较优异.在该参数组合下,土槽试验表明挖掘铲工作阻力与仿真结果相差16.8%.【结论】采用EDEM对挖掘铲的仿真分析得出最佳的工作参数组合,通过土槽试验验证了仿真结果的可靠性,研究结果可为相关根茎类收获机挖掘铲的设计提供参考.     

液压激振式马铃薯收获机挖掘装置的设计

在对振动速度变化成正弦曲线的挖掘铲进行运动学分析的基础上提出了振动挖掘铲的理想工作状态.应用动粘摩阻力模型对振动挖掘铲切入和提升阶段进行了动力学分析.在此基础上,以拖拉机液压输出作为动力源设计了一种液压激振式马铃薯收获机挖掘装置.应用SolidWorks和ADAMS软件建立了虚拟样机模型,在ADAMS中进行了虚拟试验.虚拟试验结果验证了设计的正确性,试验表明,设计的液压激振式马铃薯收获机挖掘装置具有振幅和频率调整方便的特点,在4～10 Hz范围内能较好的进行振动掘削,挖掘铲的平均牵引阻力为1.3～1.9 KN.     

挖坑机钻头的有限元分析与试验

为进一步合理设计钻头结构,采取理论与试验相结合的研究方法,对挖坑机钻头进行了挖坑试验和有限元法的静态与动态分析。通过挖坑试验得到2种典型工况下钻头的最大扭矩和铅垂阻力,将试验得到的最大阻力作为外载施加到钻头的三维实体模型上,利用有限元方法对挖坑机钻头进行静力学和模态分析。结果表明:钻头的最大等效应力为111.0 MPa,位于主刀架和主刀的连接螺栓孔内壁上;最大变形位移为0.68 mm,位于主切削刃最外角点。前6阶固有频率振型中,除了体现钻头整体扭转振动的第3阶模态有利于减小阻力及应力集中外,其余5阶振型均不利于钻头的平稳工作,应尽量避免。      

振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机作业性能试验

为获得振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机最佳作业参数,依据振动减阻收获机理,通过改变影响振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机收获作业性能指标的4个主要作业参数：整机前进速度、挖掘深度、挖掘铲长度、曲柄偏心距,以挖掘机损失率、明薯率及伤薯率为评价指标进行马铃薯挖掘性能试验。结合正交试验研究,应用综合评分法得出了振动式阶梯铲状马铃薯挖掘机作业时各参数的最优组合,即：整机前进速度为0.55 m·s^-1、挖掘深度为210 mm 、挖掘铲长度205 mm、曲柄偏心距为6 mm。按照该最优组合作业参数进行试验验证,结果表明,该马铃薯挖掘机明薯率为97.6%、伤薯为3.9%、损失率为3.5%,符合马铃薯收获机质量评价技术规范要求。     

沙槽设计与纵向插草测试研究

为了研究草沙障铺设过程中插入阻力和牵引的大小和影响因素,并为固沙装备铺设系统和牵引动力系统设计提供理论参数,本研究设计并搭建了草沙障插入装置试验平台,对刀盘在沙地中插草过程进行了参数化建模,分析了刀盘各运动状态下的受力因素,并进行了参数化计算和公式推导,建立了不同运动状态下插入阻力和牵引力平衡方程。结果表明,通过单因素和正交试验研究,铺设速度对插入阻力和牵引力大小并无明显影响,但是插入深度和铺设厚度对两者影响显著。建立插入阻力和牵引阻力与插入深度、铺设厚度、铺设速度之间的回归模型,通过分析回归模型和响应面结果最终得出影响插入阻力的因素主次顺序为铺设厚度和插入阻力,影响牵引力的因素主次为插入深度和铺设厚度。将实际测量值与理论模型计算值比较,最后得出相近程度达到98%左右。     

新型液压式连续挖坑机的设计

经过对连续式挖坑机特殊工作要求的分析,计算得到钻头相对牵引机车的水平移动距离为1.2m,并确定了在牵引机车以0.15 m/s的速度行驶下,钻头完成一个工作循环过程的总体时间为10 s.在此基础上对钻头旋转、升降和水平移动这三大运动分别设计了以液压为动力源的机械结构;以行程为控制对象设计了满足连续式挖坑机工作要求的液压系统.最终设计完成了一种稳定、高效、机械化水平高的新型连续式挖坑机.其每小时可以生产多于250个规格为500 mm×500 mm(坑深×坑径)的植树坑.     

双垄四行花生垄作播种机种沟开沟器设计与试验

针对我国南方丘陵地区土壤含水率较高导致花生播种机开沟器的开沟沟型不稳定、牵引阻力大的问题,设计了一种适用于南方土壤的花生播种机种沟开沟器,并结合南方土壤模型参数,采用离散元仿真和土槽试验相结合的方法优化开沟器作业参数。利用EDEM平台搭建土壤与开沟器模型,以开沟深度、双翼夹角和入土角为试验因素,以沟型系数和牵引阻力为评价指标,结合响应面法进行Box-Behnken试验,研究各因素及其交互作用对开沟器作业效果的影响规律,并确定最优参数组合为：开沟深度40 mm、双翼夹角98°、入土角144°。对比仿真试验和土槽试验结果,沟型系数和牵引阻力的误差分别为3.78%和6.68%,基于最优作业参数组合得到土槽试验中沟型系数为1.02、牵引阻力为46.3 N。该研究提高了开沟器的作业性能,为南方丘陵地区花生播种机种沟开沟器设计提供理论参考。     

振动挖掘式马铃薯收获机设计与试验(英文)

为进一步解决我国丘陵山区马铃薯机械化收获问题,依据振动减阻收获机理,设计了一种与手扶拖拉机配套使用的振动挖掘式马铃薯收获机。对该收获机振动挖掘装置作业机理和振动铲运动学、动力学特性进行了研究分析,并确定了振动铲相关结构和工作参数。以机组前进速度、振动铲振频、振动铲振幅为试验因素,伤薯率和明薯率为试验指标进行了三元二次正交旋转组合试验。运用数据处理软件对回归方程进行了显著性分析,并建立了各试验因素与指标之间的数学模型。优化得出最佳因素组合为:机组前进速度0.85 m/s、振动铲振频12 Hz、振动铲振幅14.5 mm、伤薯率1.21%、明薯率98.51%。最佳参数组合下的验证试验结果表明:平均伤薯率1.28%、平均明薯率98.48%,作业性能符合马铃薯收获要求。     

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。