影响振动式挖掘机土壤分离能力主要因素

为了确定试验因素振幅、振动频率和拖拉机前进速度对振动式挖掘机土壤分离能力的影响程度,首先进行土壤切削试验,测得每处理时的振动筛上堆积的土壤高度;然后进行多元方差分析及各水平间的多重比较分析。结果表明:影响振动式挖掘机土壤分离能力的主次顺序为振幅、前进速度及振动频率;提高振动式挖掘机土壤分离能力的最佳因素水平组合是振幅9 mm,拖拉机前进速度为0.91 m/s,振动频率14.9 Hz。     

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。     

振动式土壤切削挖掘阻力试验台设计

为探究低频振动挖掘铲在不同牵引速度、振动频率、振动轨迹等因素下对土壤切削挖掘阻力的影响,设计了振动式挖掘铲土壤切削阻力试验台。试验台主要由多连杆振动机构、挖掘装置、试验测试系统及行走装置等组成,通过对试验台的多连杆机构进行设计分析,可满足试验时挖掘铲振动轨迹、振幅等因素可调的要求;设计了试验测试系统,可完成对切削挖掘阻力、振动频率、激振扭矩等信号的数据采集、显示与存储。土槽试验验证表明:各水平因素参数均能够按照设计要求精确调整,测试程序能够准确显示对应信号曲线图形并对数据进行存储,符合试验台设计要求。     

气吸式免耕播种机葵花茬地作业振动测试与分析

为给免耕播种机振动试验台提供能够真实反映地表属性的振动数据,选取阴山北麓地区葵花茬地作为实验地表,对免耕播种机气吸式排种装置在作业过程中所受的地面振动激励进行实地测试,记录不同速度下所受地面振动激励的特性参数,并对其进行频域分析,得到振动信号的频谱图。试验分析表明,机器作业速度是影响振动频率与振幅的主要因素,随着速度的提高,振动的主频率有所提高。在速度为3.6km/h时振幅较弱,主频率成分为0~10Hz与45~55Hz,且能满足播种的要求,可以作为振动试验台主频选择的参考范围。实验数据为室内试验台进一步分析振动频率及振幅与机器作业速度之间的相互关系奠定了基础。     

基于振动机理的马铃薯挖掘机的试验研究

为解决西南地区、部分北方及中原地区马铃薯机械化收获问题,结合国内马铃薯的种植模式和农艺要求,对单行振动式马铃薯挖掘机进行了试验研究。以马铃薯挖掘机的前进速度、挖掘深度、振动频率为试验因素,以机具的牵引阻力为试验指标,进行正交试验。结果表明:牵引阻力最小时的参数组合为挖掘深度139~1 5 5 mm,振动频率1 3~1 4 Hz,前进速度2.5~3 km/h;在此条件下进行验证试验,此时平均牵引阻力为9 5 6.6 N,该机具在有振动条件下的牵引阻力较无振动时降低36.2%;田间收获试验的明薯率和伤薯率分别为97.20%和3.5 2%,符合相关标准要求。该研究为小地块和复杂耕地条件的马铃薯机械化收获问题提供了解决方案,为小型马铃薯挖掘机的深入研究提供了参考。     

基于超声振动的土壤切削挖掘装置设计与试验

针对农业装备触土部件工作阻力大、耗能高等问题，提出了利用超声波高频振动辅助土壤切削挖掘从而降低阻力的技术方案，设计了超声振动土壤切削挖掘装置。选定20kHz作为超声激振频率，基于耦合谐振效应的目标，分析、设计了夹心式换能器和圆锥形变幅杆等关键部件的结构参数。建立了变幅杆有限元模型，利用仿真方法对其进行模态分析和谐响应分析，仿真结果显示，变幅杆轴线伸缩固有频率接近20kHz，与设计值吻合。搭建了超声振动土壤切削挖掘阻力试验测试平台，进行了有、无超声波振动土壤切削挖掘阻力土槽对比试验，结果表明：相比无振动刚性挖掘铲，超声波振动挖掘铲能够有效降低土壤切削挖掘阻力，在1.5、2.5、3.5MPa 3种土壤硬度条件下，超声波振动挖掘铲所对应的降阻率分别为35.1%、40.7%和44.3%，土壤硬度越大，超声波振动挖掘铲的降阻效果越明显。当土壤含水率为20%~48%时，不论有无振动，土壤切削挖掘阻力均随着土壤含水率的增加先迅速降低后又缓慢回升。由于超声振动激励需要额外消耗能量，故振动挖掘总耗能并未降低。试验验证了超声振动土壤切削挖掘降阻方案的可行性以及参数设计的合理性。     

振动式深松机运动特性分析及试验研究

为了深入研究深松机具作业过程中的牵引阻力、能量消耗及作业性能,首先对影响深松作业的结构参数振动幅值、振动频率、振动角度和机具前进速度逐一进行分析;然后从运动特性入手,分别对3种不同振动角度下的运动轨迹进行了研究。结果表明:振动角等于0时,运动轨迹为一段锁扣波形,总功耗增加,深松效果增加不明显;当振动角大于0时,运动轨迹为一段沿运动方向倾斜的正弦波形,将其分为向前上方切削运动和后撤运动两段,前段功率消耗与非振动深松相当,但后撤阶段功率消耗增大使得降耗效果不明显;当振动角度小于0时,运动轨迹为一段沿运动方向相反倾斜的正弦波,将其分为向前下方切削运动和提升运动两段,同时,在提升阶段运动过程中,深松铲工作于已深松过的土壤中,因而功耗大大减小,可以实现减阻降耗目的。同时,在前进速度为0.2~1.78m/s、振幅为10mm、振动角为10.80~-3 2.40和0~50Hz振动频率条件下,对振动式深松机具进行了单因素土槽试验研究,并分析了各因素与功率损耗之间的关系。     

酿酒葡萄果实振动脱粒特性研究

葡萄果粒在不同振动条件下的脱粒特性,可以为葡萄振动式采摘机构的设计研发提供理论依据和技术支持。为此,研制了振动式果粒脱粒试验台,主要包括振动台、高速摄影仪和单片机控制系统。通过对葡萄果粒的正交试验,得出了果粒脱粒特性与振动频率、果粒质量及振动振幅之间的关系,并通过高速摄影分析果粒在振动过程中运动规律,进而对果粒的疲劳特性进行了分析。试验结果表明:影响葡萄果粒脱粒特性唯一显著因素为振动频率,最佳频率为4~4.5Hz;振动葡萄脱粒的最大拉力应保证大于0.2N;振动频率应该选大于4Hz,振动脱粒对葡萄果粒的作功小于0.5J。     

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。     

变频变幅振动深松试验台的设计与试验

为了实现振动深松作业时振频和振幅的无级调节,以适应不同物理性质的土壤进行深松作业,达到减阻深松、节省能耗的目的。为此,采用伺服油缸振动技术设计了一台可变频变幅的振动深松试验台,以测试不同土壤条件下振动深松的最佳工作参数,为振动深松机具的优化设计提供理论依据。试验结果表明:试验台最大振动幅度大于20mm,最大振动频率响应大于50Hz、振动频率0～30Hz、振动幅度0～10mm时,频率响应小于1dB,振幅误差小于4.2%,性能稳定且达到设计要求。     

螺旋钻参数对挖坑出土效能的影响

为了解决螺旋钻挖坑作业中存在的效率低、效果不佳等问题,进行了螺旋钻田间挖坑试验,通过改变直径、螺旋数量和转速等螺旋钻参数进行挖坑及出土情况测试,测取了坑形、抛土半径和出土率等特征数据,运用单因素方差分析和析因设计方差分析等方法进行了试验数据处理.研究结果表明:转速一定的情况下,螺旋钻直径增大,抛土半径和出土率增大;增加...     

根茎类作物单摆铲栅收获装置驱动转矩特性研究

单摆铲栅收获装置的驱动转矩为4组单体转矩的耦合叠加且随负载周期变化,最大驱动转矩及转矩波动度直接影响了拖拉机功率匹配与功率利用效率。为研究收获装置驱动转矩特性,在工作单体受力分析基础上建立了单体转矩、驱动转矩、比功耗解析方程,结合离散元仿真分析了收获装置驱动转矩时域响应特点：单体转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化规律,受组间振动平衡与土壤粘塑性作用,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期微变的规律,峰值约为单体转矩的1.2~2.3倍。为明确相关参数对驱动转矩的影响,开展了四因素三水平Box-Behnken仿真试验,建立了最大驱动转矩、转矩波动度、比功耗预测数学模型,仿真试验结果表明：振幅、振动频率、挖掘深度、前进速度、振幅与振动频率交互项均是最大驱动转矩、比功耗的主要影响因素,振动频率、挖掘深度对转矩波动度有较大影响。甘草收获田间试验结果表明：当挖掘深度为450~500mm时（工况1）,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化的规律,最大驱动转矩为797.17N·m、转矩波动度为2.54、比功耗为122.06kJ/m3、收净率为96.42%;当挖掘深度为350~400mm时（工况2）,最大驱动转矩较工况1下降约39.44%,转矩波动度下降约27.95%,比功耗与收净率基本不变。该研究可为单摆铲栅收获装置结构参数优化及根茎作物振动减阻节能收获研究提供参考。     

振动式农业土壤切削挖掘技术研究现状与展望

在土壤的耕作、深松、根茎类作物挖掘等作业过程中,普遍存在着挖掘切削阻力大、耗能高的问题。为了解决这些问题,国内外相关学者采用了多种方法和途径来改善土壤机具的切削挖掘阻力,振动式土壤切削挖掘方式也是一种重要的降低阻力的途径。为此,对国内外研究者在振动式农业土壤切削挖掘领域的理论和试验研究进行了阐述,分析了振动式挖掘方式的减阻机理,分别对强迫式和自激式两种振动方式下在农业土壤中典型的应用研究进行了综述,指出了相关研究的优点和不足,并对振动挖掘技术在土壤作业领域的前景进行了展望分析。     

预破土组合振动深松铲的设计与试验

为了避免在深松铲铲柄上开破土刃口而降低深松铲的强度,本文将破土刃口与铲柄分离开进行独立设计,形成内弧半径为150 mm的专有弧形破土器,承担对土壤的切割作用,减轻深松作业阻力。本文通过田间试验验证了预破土器对深松减阻的效果,确定了预破土器的最佳安装位置,试验结果表明,在振幅5 mm、振频10 Hz、前进速度1.44 km/h、耕深约为500 mm时,预破土组合深松铲比无破土器深松铲的耕作阻力减小12.46%~22.87%,平均减小18.48%,减阻效果明显。预破土器的安装位置需要根据深松深度的要求确定,在本试验的深松深度条件下,3号位置的减阻效果最好。此研究为研制结构简单、减阻高效的深松机具设备提供了理论依据。     

自激振动旋耕刀设计与减扭降耗性能分析

为实现旋耕作业减扭降耗,在国标IT245旋耕刀基础上设计了一种自激振动旋耕刀装置,对其工作原理进行了阐述。通过运动受力分析,完成了其大弹簧参数选型与弹簧心轴腰型孔设计。基于DEM-MBD技术,建立土壤-旋耕刀相互作用仿真模型,分析5种刀轴转速下国标旋耕刀与自激振动旋耕刀所受三向阻力与扭矩变化规律。仿真试验中,刀轴转速为150、200r/min时,减阻降扭效果不明显;转速为250、300r/min时,自激振动旋耕刀相比国标旋耕刀的减阻降扭效果较好,垂向阻力分别降低6.96%、10.41%,且平均扭矩降低率较大,分别为9.80%和19.63%,而转速达到350r/min时,减阻降扭效果下降。通过对2种旋耕刀仿真与土槽试验的平均扭矩进行分析,得出了国标旋耕刀与自激振动旋耕刀平均扭矩变化曲线的相关系数,分别为0.997与0.998,基本验证了DEM-MBD耦合仿真模型的准确性。对土槽试验中采集的Y向（耕作时刀刃振动主要发生方向）振动加速度数据进行频域分析表明,随着刀轴转速的增加,Y向功率谱密度幅值总体呈上升趋势,转速达到300r/min时,激振频率达到装置Y向的固有频率附近,此时发生共振,Y向功率谱密度幅值达到最大值。即此时旋耕刀获得最大能量,扭矩降低幅度最大,减扭降耗的效果最佳。     

Force Measurements on Driven Discs

Experiments were carried out under controlled conditions in a soil bin containing sandy-loam soil to study the effects of varying the speed ratio (ratio of peripheral disc speed to forward speed), disc angle and tilt angle settings, on the performance of adriven disc. The hydraulically powered disc provided speed ratios from −3 (backward) through approximately 1 (free wheeling) to 6 (forward). Disc angles were varied from 20 to 65°, from the direction of travel, and tilt angles from −15 to 30° with respect to the vertical. It was observed that there was a major reduction in draught force and specific draught resistance in all cases when disc speed increased from freely rotating to forward speed ratios of approximately 3. Driving a disc in the reverse direction reduced penetration resistance at certain angle settings. Backward-driven discs were also found to reduce side forces on the concave side of the disc and increase those on the convex side. Total power consumption and specific total power increased significantly when the disc was driven in either direction. The angle setting also affected the driven-disc performance. The optimum angle setting in terms of minimizing force and power requirements occurred at a disc angle between 35 and 50° with approximately 0° tilt angle. Observations of soil disturbance showed that driving a disc either backward or forward improved soil mixing and pulverization characteristics.     

玉米根茬挖切装置功耗影响因素试验研究

针对秸秆还田机对根茬处理效果较差、功率损耗较大等问题,提出了一种安装在玉米秸秆还田机上的玉米根茬挖切装置。以刀轴转速、台车前进速度、挖茬深度为因素,挖茬功耗为指标,运用二次回归正交旋转试验方法安排试验,建立了挖茬功耗与各影响因素之间的回归数学模型。通过Design-Expert 8.0软件对试验参数进行优化,确定刀轴转速640r/min,台车前进速度1.2m/s,挖茬深度31mm为最佳参数组合,此时玉米根茬挖切装置的挖茬功耗为615W,表明该组合下试验误差较小。同时,对刀轴转速做了单因素试验,用Origin 8.0进行数据拟合并绘图,计算显示:固定挖茬深度为31mm、台车前进速度为1.2m/s条件下,完成根茬挖切作业的最低刀轴转速为626r/min。