木薯收获机作业质量评价方法探析

本文讨论了松土铲式、振动链式、拨辊式等几种木薯收获机的结构特点和工作原理,提出木薯收获机的工作幅宽、挖掘深度、作业速度等关键技术参数设定办法,明确明薯率、伤薯率、损失率等主要作业质量指标的定义及其试验测定办法。通过宽窄行起垄种植模式下红壤土木薯收获试验比对,得知振动链式木薯收获机明薯率、伤薯率指标优于其它两种机型,分析不同类型机具、不同作业速度对收获作业质量的影响,探讨土壤类型、土壤含水率和种植规范性对作业质量的影响。     

马铃薯杀秧机设计优化与试验

马铃薯收获前的杀秧作业对提高马铃薯品质及收获效率有显著的促进作用,现有机型存在打碎长度合格率差、带薯率高、土壤在护罩上粘着严重等问题,为此,设计一种新型马铃薯杀秧机。对其关键部件进行结构设计,并分析了甩刀排列方式对杀秧性能的影响。以机具作业速度、甩刀刀辊转速、垄上刀距垄台高度为试验因素,以打碎长度合格率、留茬高度、带薯率为试验指标进行田间试验。结果表明:护罩开长孔结构减少了土壤的粘着;机器作业速度为4.5~6.0 km/h、甩刀刀辊转速为1 500~1 600 r/min、垄上刀距垄台高度为50~52 mm时,试验指标打碎长度合格率为94.7%~95.5%、留茬高度为56.0~59.9 mm、带薯率为0.15%~0.23%,杀秧机杀秧效果较好,满足马铃薯杀秧机作业质量要求且机具作业稳定。     

早春马铃薯机械化生产模式试验研究

为改变山东部分地区早春马铃薯机械化水平较低的现状,在滕州市选取105cm垄距大垄双行、85cm垄距一垄一行、65cm垄距一垄一行3种机械化生产模式进行对比试验。在播种试验中选取班次生产率、漏播指数、重播指数、种薯间距合格指数等指标,在生长期选取株高、侧枝数等指标,在收获试验中选取班次生产率、明薯率、漏挖率、伤薯率、破皮率、产量、100~300g(M号)马铃薯所占的比例等指标,综合评价3种机械化生产模式的机具作业适应性及马铃薯长势及效益。试验结果表明:65cm垄距一垄一行机械化生产模式,马铃薯产量为3911.6kg/hm²,M号马铃薯所占比例为59%,收获时的埋薯率、漏挖率、伤薯率、破皮率4项指标分别为1.0%、0.23%、1.24%、0,综合看,其长势、产量及效益最高,且机械化收获的作业效率、作业质量最好;缺点是适用的播种机具较少,且作业效率、作业质量较差。85cm垄距一垄一行机械化生产模式,马铃薯的长势、产量及效益略低,机械化播种的效率较高;缺点是机械化收获的作业质量较差。105cm垄距大垄双行机械化生产模式,机械化播种作业质量较好,但马铃薯的产量明显低于前两者,将严重影响种植收益。本试验可为早春马铃薯种植户根据自身条件选择适宜的机械化生产模式提供参考。     

4UMG-140型拨辊式木薯收获机的设计与试验

针对现有木薯收获机存在问题,基于木薯宽窄双行起垄种植农艺要求,确定收获机工作原理与总体结构,并对挖掘装置、拨辊输送装置、限深装置等关键部件进行讨论与分析,设计了4UMG-140型拨辊式木薯收获机,该机一次作业能够完成木薯块根的挖掘提升、薯土分离输送、平铺地表等工序。作业时,轮式拖拉机跨垄行走在相邻两垄沟中,便于机手操控,收获过程中不压伤木薯块根,实现了垄上木薯有效对行收获。田间试验表明,4UMG-140型拨辊式木薯收获机明薯率为95.2%、损失率为7.6%、生产率为0.35 hm2/h,完全符合木薯宽窄双行起垄种植农艺机收作业要求。     

全自动红薯杀秧机的设计与试验——基于Design-Expert8.0.6

红薯收获前的杀秧作业不仅可以提高收获效率,还能够提升红薯的品质。然而,目前我国所使用的各种红薯杀秧机普遍存在着带薯率高、打碎长度合格率差、土壤在护罩上黏着严重的问题,严重影响了红薯的产量与品质。为此,以现有的红薯杀秧机技术为基础,进行创新研发,解决以上几种问题。主要介绍了新型红薯杀秧机的各关键部位的设计,并通过机具作业速度、甩刀刀辊转速、垄上刀距垄台高度3种因素对新型红薯杀秧机的工作效果进行试验。结果表明:新型红薯杀秧机可以有效降低土壤黏着问题,当作业速度为4.5～6.0km/h、甩刀刀辊转速为1500～1600r/min、垄上刀距垄台高度为50～52mm时,实际打碎长度合格率在94.7%～95.5%之间,留茬高度在56.0～59.9mm之间,带薯率降低至0.15%～0.23%,符合红薯杀秧机的实际作业要求。     

马铃薯田间集成分选机的研制

针对黏性土壤种植的马铃薯,存在机械收获泥土分离不净、薯秧分离不净、病薯伤薯分离不彻底的问题,根据收获拣选农业技术要求,研制开发出一款分离、输送等为一体的马铃薯田间分选机,适用于马铃薯联合收获机的田间配合作业。该分选线主要由集成分选机、接收料斗、装车机构成,集成分选机主要由分离输送装置、秧薯分离装置、传动系统、机架及地轮等各部分组成。该分选机额定电压为380 V,额定处理能力20～80 t/h,可以完成土薯、茎秆、杂草和病薯的分离,以及薯块输送等作业,大幅度减少用工,缩短收获周期。田间收获分选试验表明:该分选线在田间地头与马铃薯联合收获机配合作业效果好,减少沃土的流失,土薯分离、分级及茎秆分离良好,除秧率和除净率分别高于90%和99%,伤薯率低于1.23%。适用于机械化清选黏性土壤种植的马铃薯,对已收获的马铃薯进行二次分离清选作业。     

单行木薯块根收获机仿生铲的设计与试验

针对目前木薯块根收获机挖掘铲存在入土困难、碎土及排土效果不理想及工作强度不足等问题,基于工程仿生学理论,结合动力学知识,提出并设计了一种模仿犬爪趾形状的仿生铲。基于Design-Expert软件中的试验设计方法,以作业速度、土壤含水率及挖掘铲类型为试验因素,以挖薯率、伤薯率为试验指标,对挖掘铲的工作参数进行试验研究,建立了影响因素与响应指标之间的二次正交回归模型,并分析了各影响因素对各响应指标的影响规律。对所有影响因素进行了综合优化处理,确定了最佳的田间工作参数组合为:当选用仿生铲作业速度为1.5m/s、土壤含水率为17%时,整个机具的收获效果达到最佳,挖薯率高达96.1%,伤薯率低至2.48%,满足木薯块根收获的作业要求。以经过前期处理的木薯植株为试验对象进行田间试验验证,得到实际的挖薯率为95.7%,伤薯率为2.57%,相比于软件分析值(96.1%、2.48%)分别下降0.42%、上升3.50%,验证了软件分析的准确性。研究数据可为木薯块根机械化收获提供参考,对木薯块根的挖掘作业具有重要意义。     

4U-750牵引式甘薯收获机设计与试验

为解决目前甘薯收获机械大多沿用马铃薯收获机成熟技术设计,不能根据甘薯特殊生长状况开发研制等问题。完成4U-750甘薯收获机的设计、试制及田间试验。4U-750甘薯收获机作业幅宽600～750 mm,生产效率0.1～0.2 hm~2/h,可一次完成破垄防缠、挖掘、土薯输送分离、薯块集条铺放等作业。整机设计有主动式内倾锯齿形圆盘切刀,可切断垄沟秧蔓,避免缠绕堵塞,破开垄底层,降低挖掘阻力,提高作业效率。升运链式输送分离装置设有随动型抖动轮,可实现土壤破碎及土薯分离,有效降低伤薯率。田间试验表明:在拖拉机前进速度为1.5 km/h时,4U-750甘薯收获机损失率、伤薯率、破皮率和生产率分别达到2.9%、0.6%、1.5%和0.13 hm~2/h,均符合相关标准,满足设计与使用要求。     

四行马铃薯杀秧机的设计

马铃薯收获前的杀秧工作是马铃薯高质量收获的重要环节,对提高马铃薯品质和收获效率具有很大的促进作用,而现有机型对于马铃薯杀秧效果并不理想,存在打碎长度合格率差、带薯率高、土壤在护罩上粘着严重等问题。为此,研究设计了一种新型高效的四行马铃薯杀秧机,通过理论分析确定了结构参数。田间试验结果表明:当作业速度为4.7km/h、甩刀轴转速为1 350r/min、垄上刀距垄台距离51mm时,试验指标打碎长度合格率为92.7%。此时杀秧机杀秧效果最好,满足马铃薯杀秧机作业质量要求。该研究为马铃薯杀秧过程存在的问题提供了解决方案,也为马铃薯杀秧机进一步的研究提供了参考。     

马铃薯播种机两段式组合起垄装置设计与试验

起垄有利于增加土壤的透气性及保水能力,是马铃薯种植环节中重要的一环。针对目前马铃薯播种机起垄装置功能单一、效率低、作业效果差等问题,提出一种适用于山东地区的两段式组合起垄装置,通过覆土圆盘和翼面铲的配套作业,同时完成覆土、起垄和整形作业,有利于种薯扎根稳定、生长发达,提高马铃薯播种机的作业效率和质量。通过分析覆土圆盘、翼面铲的作业过程以及土壤的运动过程,对翼面铲的总体尺寸及铲尖、铲面、翼板等主要部件进行参数设计。利用EDEM仿真软件建立土壤与两段式组合起垄装置的联合仿真模型并进行试验,对两段式组合起垄装置的起垄量模拟曲线进行分析,得出装置的作业质量相比仅依靠覆土圆盘作业有显著提升。田间试验表明,当马铃薯播种机前进速度为0.25m/s时,两段式组合起垄装置所起土垄平均高度为251mm,平均垄底宽为698mm,平均垄距为902mm,平均垄体土壤紧实度可达到390.33kPa,作业效果良好,满足山东地区马铃薯起垄农艺要求。     

甘薯起垄覆膜机的设计与试验

我国甘薯栽培方式多为垄作覆膜,该种植方式劳动强度大、生产环节多、机械化程度低,严重制约了甘薯的产业化发展。为此,设计了一种甘薯起垄覆膜机。该机为一垄双行式设计,采用旋耕起垄技术,可显著提高作业效率和起垄质量;起垄后使用压实整形装置提高土垄紧实度,并于垄上开出两条插秧沟;滴灌带通过定位装置平铺于垄上中间位置,无扭曲、折弯现象,方便田间管理,有利于甘薯的生长;使用定穴轮实现膜上定穴,方便种植户插秧;实现多项作业过程一次性完成,包括整地、施肥、起垄、压实整形、铺设滴灌带、覆膜覆土及膜上定穴。田间试验表明:该机无论是起垄质量、覆膜性能,还是定穴效果,均满足甘薯种植的农艺要求。     

甘薯起垄整形机犁铧式开沟起垄装置设计与试验

针对现有甘薯起垄整形机起垄效果较差、牵引阻力大等问题,设计了一种甘薯起垄整形机犁铧式开沟起垄装置,并阐述了其主要结构和工作原理。结合甘薯种植模式和垄型结构农艺要求,采用水平直元线法确定了开沟起垄装置犁体曲面的结构参数及其取值范围。运用EDEM离散元仿真软件,建立了犁铧式开沟起垄装置-土壤互作仿真模型。选取开沟犁体曲面安装角、推土角、元线角差值为试验因素,以犁体土壤抛送距离和牵引阻力为评价指标,进行了Box-Behnken中心组合设计试验。仿真试验结果表明,当作业速度为3.33 km/h时,安装角、推土角和元线角差值最优组合为27.19°、38.05°和10.69°。基于优化的最优组合参数进行了田间试验,田间试验结果表明,犁铧式开沟起垄装置垄高稳定性系数为98.53%,垄体土壤紧实度为236kPa,拖拉机作业油耗为11.94L/h,满足甘薯开沟起垄农艺要求,且均优于板式起垄装置作业效果。     

丘陵山区甘薯起垄施肥机和收获机设计

针对浙江省甘薯种收机械化水平低的现状，研发了新型四轮小功率移动动力底盘，配置大圆弧槽面形挖掘铲和排肥轮式施肥器，设计了分土起垄成型器，集成了薯类联合作业生产机具，适用于红壤黏土和山地、坡地，对促进南方甘薯生产机械化具有重要意义。      

甘薯秧蔓收获机专用割台设计与试验

针对甘薯分段收获技术需求,结合国内外甘薯收获技术及装备,提出一种甘薯秧蔓收获方式,并设计甘薯秧蔓收获机专用割台。该甘薯秧蔓收获割台主要由拨禾切割装置和防堵防缠输送装置组成,可以实现甘薯秧蔓的切—送—归集。首先,理论分析该割台的关键部件结构参数及传动配置关系,确定拨禾切割装置上仿垄型排列的割刀和弹齿的安装高度和安装密度,以及拨禾轮、割刀和弹齿的结构参数。其次,通过对拨禾切割装置、捡拾装置和螺旋输送装置进行运动学和力学分析,明确拨禾轮、捡拾器、螺旋输送绞龙转速和结构决定秧蔓切割效果和收获质量,并确定捡拾器和螺旋输送绞龙的关键结构参数,最后进行田间试验验证该机具的切—送—归集收获效果。结果表明：当整机前进速度为0.6 m/s,拨禾轮转速为46 r/min,捡拾器转速为43 r/min,割台损失率仅为1.3%,整机作业效率为0.45 hm2/h。割台搭配48 kW拖拉机在工作过程中运行稳定,割台在工作过程中无堵塞、无缠绕,满足甘薯秧蔓联合收获机的设计需求     

甘薯除草部件设计与仿真研究

除草部件作为甘薯中耕除草机的关键作业部件,其结构与性能将直接影响到机具的作业效果。目前的除草部件结构只能实现沟底除草,但无法实现垄侧除草。根据甘薯种植的垄体参数和实际作业需求,设计一种锥体除草部件,该结构的设计能够增大作业区域,在原有的沟底除草基础上,增加垄侧中耕除草功能,提高机具作业性能。对锥体除草部件的工作参数和结构参数进行理论分析计算,并采用离散元法进行仿真验证试验。与传统除草部件相比较,碎土率提升1131%,功率提升4.73%,作业覆盖面积增加133.33%,充分验证该设计的可行性。     

小型薯类收获机设计与田间试验

为了满足丘陵山地薯类机械化收获的需要,设计开发出了一种小型薯类收获机,重点解决小型薯类收获机在作业过程中存在的薯土分离不净、杂草雍堵、破碎率较高等问题。该机增设了防缠绕装置,有效解决了杂草雍堵和壅土问题。应用升运链式分离结构,并对挖掘结构优化设计,有效实现薯土分离,降低了破薯率。田间试验表明:在低速工作状态下,机器平均损失率为2.12%,平均伤薯率为4.99%,平均明薯率为97.83%;在高速工作状态下,机器平均损失率为0.51%,平均伤薯率为3.25%,平均明薯率为99.49%。该机能满足不同土壤的作业要求,作业效果良好。     

薯土输送分离机构仿真分析与创新设计

我国是甘薯种植大国，能够进行自动化采收作业的甘薯收获机具备重要地位。甘薯输送分离机构是甘薯收获机中的重要机构，对伤薯率及明薯率有至关重要的影响。通过离散元仿真，从甘薯碰撞损伤和土壤破碎效果两方面进行分析研究，得到最优参数。依此进行样机的设计与制造，并进行田间试验验证仿真结果。依据TRIZ理论，对分级收集机构进行创新设计，解决分级效率差的问题。      

基于预处理苗带甘薯裸苗自动移栽机设计与试验

甘薯种植多以裸苗移栽为主,对机械化移栽要求较高。针对国内甘薯移栽设备自动化程度低,作业时需要人工喂苗导致劳动强度大、机械化栽插质量不高的问题,结合甘薯裸苗栽植农艺要求,基于预处理苗带喂苗装置和挠性圆盘栽植装置设计了一种甘薯裸苗自动移栽机,结合甘薯裸苗移栽机喂苗装置、挠性圆盘栽植装置和浇水装置自动作业控制需要,设计了基于CAN总线的甘薯裸苗自动移栽机控制系统,能够一次性完成旋耕、起垄、开沟、自动有序喂苗、定株距栽插、镇压覆土、自动浇水、修垄等作业。田间试验表明,机具在目标株距25cm以及作业速度0.25、0.35、0.45m/s的情况下,栽植株距变异系数和栽植深度合格率均达到了标准要求,栽植株距变异系数和栽植姿态合格率受作业速度影响较大,栽植深度受作业速度变化影响较小,在作业速度为0.25m/s时,栽植株距变异系数平均值为10.16%,栽植深度合格率平均值为95.56%,作业性能优于0.35m/s和0.45m/s,栽植姿态合格率平均值为90%。本研究为甘薯裸苗机械化、自动化移栽机械的理论研究和设计提供了新的参考。     

2TD-S2型中耕除草机作业性能试验

京郊地区甘薯种植中耕环节一直以人工除草为主，为解决人工作业强度大、效率低和成本高的问题，结合北京市密云区甘薯种植模式及农艺要求，开展2TD-S2型中耕除草机作业性能试验。结果表明，此台甘薯中耕除草机可一次性实现垄沟除草、覆土等作业，采用悬挂式作业，能够有效解决田间管理过程中土垄塌陷的问题。在甘薯缓苗期垄沟及垄坡面高度10 cm以内杂草除净率可达80%。若遇草害严重，可多次进行中耕作业以达到灭除草害的作用，该机劳动生产率较人工移栽有大幅度提高，且生产作业成本较低，适宜在京郊进行薯苗移栽作业，可以在实际生产中推广应用。