马铃薯振动挖掘试验台的设计与试验

为了寻求马铃薯收获机振动挖掘部件的结构参数与运动参数对挖掘阻力的影响,设计了一种马铃薯振动挖掘试验台。该试验台可灵活调节振动挖掘部件的入土角度、前进速度、振动频率及振动幅度等,来模拟马铃薯振动挖掘过程。介绍了该试验台的结构与工作原理,对振动挖掘关键部件进行了设计,并对影响振动挖掘阻力的主要因素开展了正交试验研究。试验结果表明:影响振动挖掘阻力的主次作用因素依次为振动幅度、振动频率、前进速度,较优参数组合方案为振动幅度15mm、振动频率12Hz、前进速度0.5m/s,此时平均牵引阻力为594N,较相同牵引速度下的平动阻力减小19%。本研究结果可为马铃薯振动挖掘部件的设计提供参考。     

4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机设计与试验

针对传统一级升运链马铃薯挖掘机土薯分离效果差、人工捡拾铺条劳动强度大的作业难题,设计了4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机。对挖掘机阶梯挖掘铲、两级升运链式土薯分离输送装置及液压开启式集薯箱等关键部件进行设计与选型,并完成其关键参数的计算确定。以样机前进速度、一级土薯分离装置线速度和二级土薯分离升运装置线速度为自变量,以明薯率和伤薯率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与明薯率、伤薯率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明,对明薯率影响的主次顺序依次为二级土薯分离升运装置线速度、样机前进速度和一级土薯分离装置线速度,对伤薯率影响的主次顺序依次为一级土薯分离装置线速度、二级土薯分离升运装置线速度和样机前进速度;马铃薯挖掘机最佳工作参数为:样机前进速度1. 50 m/s、一级土薯分离装置线速度1. 37 m/s、二级土薯分离升运装置线速度0. 89 m/s。验证试验表明,4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机作业后,明薯率为95. 11%、伤薯率为3. 36%,性能试验指标均达到国家行业标准要求,表明在优化工作参数条件下该作业机能够提升马铃薯机械化收获质量。     

4U-110型马铃薯挖掘机的设计与试验分析

本文在深入了解马铃薯机械化收获过程的基础上，设计了4U-110型马铃薯挖掘机。田间试验结果表明，该机在挖掘深度230mm，挖掘铲的最大倾角为29°，分离筛的线速度为1.46 m/s时，测得明薯率>96.44%，漏薯率<3.16%，伤薯率<2.56%，挖掘平稳，分离效果好，满足马铃薯的收获要求。在本试验的测定中发现，土壤含水率对明薯率影响较为显著，且存在线性关系。     

双行牵引式马铃薯挖掘机的设计与试验

针对目前我国马铃薯挖掘机存在的机具作业阻力较大、易堵塞及明薯率较低等问题,设计了一种牵引式马铃薯挖掘机,通过对整机结构和工作原理的阐述及对挖掘铲工作部件关键尺寸的理论分析,得到了机具挖掘铲、分离输送装置等关键部件的具体结构尺寸。对整机的作业性能进行田间试验,结果表明:该机能够一次性完成挖掘、薯土分离及成条铺放等作业,挖掘深度符合马铃薯收获要求,机具的伤薯率较低、明薯率较高,各项指标均满足马铃薯的收获要求,且作业稳定性较好,提高了马铃薯的收获质量。     

基于振动的土壤挖掘阻力与耗能特性试验研究

为了研究振动频率、振动方向等参数对振动式土壤挖掘降阻特性和耗能特性的影响，设计开发了振动式土壤挖掘阻力试验台。经理论分析、计算确定了振动挖掘机构运动参数。在土壤平均相对湿度为27%、平均土壤坚实度为2.2MPa条件的室内土槽系统中，在挖掘深度150mm、前进速度0.15~1.00m/s、振动频率2~20Hz的因素条件下，利用该试验台开展了土壤振动挖掘阻力和耗能特性试验研究。结果表明，振动式土壤挖掘能够有效降低工作阻力，其降阻率先随着振动频率增大而增大，在2~20Hz频率段，前后方向振动和垂向振动振幅分别为13mm和10mm时，其最大降阻率分别可达到21%和25%。降阻率在10~14Hz后增长速度变缓，表明该区间处于土壤的自振频率区间。前后方向振动下土壤挖掘降阻率和振动速度与前进速度的比值有关，当振动速度小于前进速度时，降阻率比较小，随着振动频率增加而缓慢增大；当振动速度大于前进速度后，在对应的频率点其降阻率会迅速上升，之后增长速度逐渐变缓。由于需要额外激振能量输入，两种振动方向的强迫振动式土壤挖掘综合耗能并不减少，在振动频率低于10Hz下，耗能比范围在1~1.07，但超过10Hz后，耗能比会随着振动频率增大以较快速度增加。振幅的增大能够使土壤挖掘阻力获得一定的降低，但同时振动挖掘耗能有较大的增加。     

振铲式马铃薯挖掘机设计与试验

针对西北旱区山坡地、小地块机械化收获水平低以及农户配套动力不足等问题,研究设计便于手扶拖拉机配套的振铲式马铃薯挖掘机,一次性完成马铃薯挖掘、薯土分离、集薯铺条等工序。通过理论分析和数值仿真,对核心的振动挖掘装置、栅条分离筛进行解析和结构优化,确定性能参数。田间试验表明:明薯率为96.5%,伤薯率为1.4%,破皮率为1.7%,生产率约为0.085hm2/h,设计的振铲式马铃薯挖掘机各项指标均满足国家及行业标准要求。     

马铃薯挖掘阻力测试装置研究

针对现有的马铃薯收获机械牵引阻力大、设计和安装不合理、燃油消耗大、生产效率低等问题,以固定式三角平面挖掘铲作为研究对象,设计了马铃薯挖掘阻力测试装置,进行田间试验,分析挖掘铲铲面倾角、铲刃斜角及前进速度对牵引阻力的影响,并以牵引阻力作为优化指标,得到较优的参数组合。研究结果表明:挖掘铲铲面倾角为16°~32°时,牵引阻力随着铲面倾角的逐渐增加而迅速增大;铲刃斜角为50°~55°时,牵引阻力较小;牵引阻力随着前进速度的增加而逐渐增大,趋势稳定且缓慢。同时,通过响应面试验进行参数优化得出:牵引阻力的最佳的工作参数组合为铲面倾角20°、铲刃斜角52.8°、前进速度0.8m/s。该研究可为马铃薯收获机挖掘装置设计、安装参数的选择和马铃薯收获机挖掘阻力的研究提供参考。     

马铃薯振动挖掘装置的性能试验研究

针对马铃薯收获过程中普遍存在的挖掘切削阻力大、耗能高等问题,设计了一种五杆双作用振动挖掘装置,以输送速度、入土角、振幅及振动频率为试验因素,以机组功耗为评价指标,采用功耗测试系统对其进行了试验,并利用Design-Expert 8.6.0软件对试验数据进行了处理。结果显示:影响因素对功耗的影响次序为牵引速度入土角振幅振动频率;以低功耗为优化目标,对建立的数学模型进行优化,获取了功耗最小组合方案,即牵引速度为0.53m/s、振幅为12.63mm、入土角为10.14°、振动频率为11.73Hz时,功耗为12.22kW。对该组合进行田间验证,结果表明:实际功耗为12.536kW,实际值与理论值之间的误差为2.6%,符合设计要求。该研究成果可为马铃薯收获过程降低功耗、减少阻力等研究提供参考。     

粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题,设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析,确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素,得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数;以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素,以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验,试验结果表明:二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时,其明薯率为98.1%,伤薯率为1.1%,高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。     

南方冬种马铃薯收获机的应用现状与研究展望

实现南方冬种马铃薯机械化收获对推进马铃薯主粮化进程、扩大南方冬种马铃薯种植面积具有重要意义。现有马铃薯收获机在应用过程中存在挖掘阻力大、易壅堵、明薯率低、伤薯率高等问题,导致目前南方冬种马铃薯收获以人工或畜力为主,机械化应用水平低。为此,从南方冬种马铃薯种植模式和种植环境出发,在分析现有马铃薯收获装置挖掘部件和分离部件的基础上,对南方冬种马铃薯收获机的进一步研究做出了展望,提出一种双重振动减阻挖掘部件、一种可分离薯、土、膜的振动杆条升运链分离部件,以及一种可分离薯、土、草的拨杆抖动筛分部件,旨在为南方冬种马铃薯地膜覆盖栽培模式及稻草覆盖栽培模式下机械化收获装置的研制提供参考。     

4UD―1型马铃薯挖掘机的仿真研究及模态分析

4UD―1型马铃薯挖掘机采用振动式挖掘铲和抖动式分离筛结构,影响其工作性能的主要因素是牵引速度、铲和筛振动的频率和幅值。为得到挖掘机正常工作时的关键参数,应用Pro/E建立了挖掘机参数化模型,在ADAMS中进行了仿真,得到振动铲、抖动筛的运动学变化曲线和整机工作时的振动频率、幅值。结果表明,振动铲和抖动筛的振动频率均为9Hz,振动幅值分别为3.6mm和33.1mm,振动铲与抖动筛共同工作时振动幅度为29.5mm。这为提高挖掘机的工作性能提供了研究数据。再利用Ansys10.0进行挖掘机机架的模态计算分析,得到在添加铲与筛的质量后,机架的固有频率为43.9Hz,远大于挖掘机的工作频率,避免了挖掘机的共振,保证了工作稳定性,同时也为挖掘机振动频率的提高给定了一个范围。     

多级分离缓冲马铃薯收获机设计与试验

针对云南山地黏土条件下马铃薯机械化收获分离效果差、明薯率低、伤薯率和破皮率较高等问题,采用多级分离振动、多重缓冲和低位侧铺的方式,设计了一种多级分离缓冲马铃薯收获机。在阐述机具整体结构及工作原理的基础上,通过理论计算确定了挖掘装置、多级分离缓冲装置、主动振动装置等主要关键部件的结构参数;建立抛送分离阶段薯土运动模型,获取微波浪形薯土分离相关技术特征;建立马铃薯筛面滑动模型,对薯块的运动特性进行理论分析,得出薯块顺流、回流的运动规律;分析土块在输送分离过程中的碰撞特性,确定了影响分离破碎效果的因素。以含杂率和土壤覆盖度为试验指标,采用二次旋转正交组合试验设计方法进行了空载试验,并利用高速摄影和三轴姿态传感器实时获取分离筛上土壤的分布状态和运动规律,结果表明,分离筛最佳工作参数组合为:一级分离筛线速度1.42 m/s、二级分离筛线速度2.2 m/s、侧输出线速度1 m/s,此时土壤覆盖度69.11%,含杂率2.56%。在分离筛最佳工作参数组合下,以明薯率、破皮率和伤薯率为试验指标进行了田间收获试验,结果表明:当工作速度1.05 m/s、挖掘深度180 mm、振动强度Ⅱ级、筛面倾角22°时,明薯率为99.1%、破皮率为1.41%、伤薯率为1.32%,各项性能指标均符合国家行业标准要求。     

4SD-1700型悬挂式三七收获机设计与试验

针对西南地区中草药三七人工收获难度大及无机械收获等问题,设计了一种以36.75k W东方红拖拉机为动力的悬挂式三七药材收获机,主要由机架、挖掘铲及升运筛等组成。利用解析作图法及受力分析法对挖掘铲进行分析,确定挖掘铲的挖掘倾角为15°,铲长为350mm;对升运筛设定线速度为0.7~0.9m/s进行理论分析,得出振动频率为1.9~2.4Hz。以挖掘深度、升运速度、筛面倾角及前进速度为影响因素,以收净率、损伤率为评价指标,进行田间试验,对影响收获性能的参数进行分析,获得最优参数组合为:当挖掘深度为148mm、升运速度0.8m/s、筛面倾角15°、前进速度0.5m/s时,收净率为95.22%,损伤率为1.6%。样机收获试验表明:该机性能流畅,作业稳定,损伤率小于4.7%,收净率大于92.5%,满足设计要求。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1450r/min、作业速度为3.5～6.7km/h、刀辊离地距离为285～317mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

马铃薯全垄仿形式茎叶切碎刀辊设计与试验

针对现有马铃薯茎叶切碎机作业茎秆打碎长度合格率低、带薯率高、工作效率低等问题,设计了一种全垄仿形式茎叶切碎刀辊,对刀具工作过程进行分析,建立刀具运动、刀具-茎秆碰撞和茎秆捡拾数学模型,明确影响装置工作性能主要参数,完成全垄仿形式茎叶切碎刀辊总体结构与茎叶切碎刀具设计。采用三因素五水平二次回归正交旋转中心组合试验方法,以作业速度、刀辊转速、刀辊离地距离为试验因素,打碎长度合格率、带薯率为评价指标,应用Design-Expert 8.0.6.1软件进行试验数据处理与参数组合优化,结果表明,各因素对打碎长度合格率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊转速、作业速度、刀辊离地距离;各因素对带薯率均具有显著性影响,影响由大到小依次为刀辊离地距离、刀辊转速、作业速度。在刀辊转速为1 450 r/min、作业速度为3.5～6.7 km/h、刀辊离地距离为285～317 mm时,打碎长度合格率大于90%,带薯率小于等于0.3%。本研究结果为马铃薯茎叶切碎机具作业质量和效率提升提供了设计理论与技术支持。     

薯类收获机挖掘深度自动控制系统设计与试验

为了提升薯类收获机械自动化水平,提高明薯率,降低伤薯率和漏挖率,减小挖掘阻力,根据垄作薯类作物种植模式,以牵引式薯类收获机为载体,采用传感器和微处理器控制技术,设计了一种挖掘深度自动控制系统。该系统包括前仿形装置、挖掘机构、液压装置和控制系统。以垄沟地面为研究对象,采用接触式深度探测机构,其仿形深度和宽度可调节,挖掘深度实时调整可有效实现减阻降耗。建立挖掘深度调节模型,设计双阈值死区控制算法,实现系统精确稳定控制,有效避免控制信号频繁跳变和超调,提高薯类作物收获性能指标。田间试验表明,具有挖掘深度自动控制功能的薯类收获机其明薯率为97.37%,伤薯率为1.49%,漏挖率为1.59%。相比采用人工收获,其明薯率提升了2.20个百分点,伤薯率降低了1.41个百分点,漏挖率降低了2.00个百分点。     

基于土壤压缩破坏理论的挖掘铲的设计与分析

对影响木薯收获的因素进行分析,借鉴马铃薯收获机挖掘铲的设计思想,在铲面受力分析的基础上,引入了土壤压缩和破坏理论,建立了运动条件下挖掘铲的碎土性能分析模型。应用Matlab软件对该模型进行了数值计算,并对平面挖掘铲进行了碎土性能分析,得到了最佳的平面铲倾角,提高了木薯挖掘铲的碎土性能,为木薯挖掘铲的设计提供了理论参考。