玉米收获机激振摘穗装置设计与试验

针对当前玉米果穗收获存在损伤大、效率低的问题，在原来激振摘穗技术研究的基础上，从激振辊夹持果柄实现激振波有效传递入手，结合激振摘穗实现果-茎分离的条件，开发了基于椭圆截面的新型摘穗装置，确定了该型摘穗辊结构参数的设计方法；根据激振摘穗过程中产生的激振波波形确定了椭圆激振辊的布局和结构参数，建立了椭圆激振摘穗试验台；通过正交试验确定了影响摘穗质量（果穗啃伤率、落粒率和茎秆折断率）的主次因素依次为激振辊长短径之比、激振辊基圆直径、摘穗辊转速；确定了较优组合，即当激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时，果穗啃伤率为0.38%，落粒率为0.12%，茎秆折断率为0.49%，均低于国家玉米收获机械技术标准要求。在较优参数组合下进行了试验验证，结果表明激振辊长短径之比为0.7、激振辊基圆直径为7.5cm、摘穗辊转速为1000r/min时，果穗啃伤率为0.39%，落粒率为0.12%，茎秆折断率为0.48%，与前期试验结果基本保持一致。     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。     

玉米收获机割台振动特性及其主要影响因素分析

针对收获机械割台振动剧烈、故障率较高等问题,研究了割台动态振动特性及其影响规律。以4YZP-3XH-1型玉米联合收获机割台为研究对象,首先建立了割台机架有限元模型并计算其自由模态,研究了割台模态试验方法,利用特征实现算法识别其模态参数;其次,利用模态试验验证了有限元模型的准确性和可靠性,在此基础上,计算获取割台机架的约束模态;再次,利用时域和频域方法分析振动时域信号,获得怠速、运输和田间收获工况割台的振幅分布特征、主振方向和频率分布规律;最后,研究了割台振动的影响因素及其振动主频与模态参数之间的对应关系,指出了振动频率激起模态振型的规律。研究结果表明,割台机架第1阶试验模态频率为27.260 Hz,第2~10阶模态频率范围为34.311~126.035 Hz,模态振型以弯曲振型和扭转振型为主,割台主轴(28.77 Hz)、切碎刀(29.63 Hz)、还田机(43 Hz)等工作频率均落入其前10阶约束模态频率内;在怠速、运输和田间收获作业工况下,工作部件运行工况相较于仅发动机工作,2种模式下割台振幅相差1个数量级;引起割台振动的主要因素为:发动机的2阶发火频率(76.25 Hz),割台主轴、切碎刀、搅龙、拨禾链、还田机等工作部件的耦合振动,以及道路激励(1.5、2.5 Hz)。对比割台约束模态与振动频率,发动机2阶发火频率引起割台弯扭组合振型,道路激励引起整体振动,割台主轴(28.77 Hz)和切碎刀(29.63 Hz)振动频率激起割台机架的一阶弯曲振型,还田机(43 Hz)振动频率激起割台的扭转振型。研究结果可为收获机械割台模态试验与振动特性分析、对标设计和优化提供参考。     

青贮玉米收获机碟盘式籽粒破碎装置仿真优化与试验

针对青贮玉米收获机玉米籽粒破碎效果差、破碎率低、影响青贮秸秆发酵与籽粒养分转化的问题，设计了适合青贮玉米籽粒破碎的碟盘式青贮玉米籽粒破碎试验台，对关键部件刀盘进行了参数化设计，基于DEM法对籽粒破碎过程进行了运动和力学分析，首先建立基于离散元法的玉米籽粒粘结颗粒模型；利用EDEM离散元仿真软件开展正交仿真试验优化，选取刀齿数、刀刃深度、破碎间隙和刀辊转速作为仿真试验因素，籽粒破碎率为试验考察指标，确定了最优组合参数，即刀齿数48、刀刃深度5mm、破碎间隙2mm、刀辊转速59r/s，在该条件下籽粒破碎率为90.35%，仿真试验与台架试验相对误差为3.36%；台架试验结束后，采用宾州筛对其筛分，物料可分为小型、标准、大型和未完全破碎型4种，占比分别为1.3∶6∶1.8∶0.9，与仿真试验结果一致。台架试验各指标满足行业标准，实现了对玉米籽粒的高破碎和高作业效率。     

基于平稳随机信号的青贮玉米收获机台架振动测试与分析方法*

青贮玉米收获机作为复杂农田作业环境下的多激励源振动系统,其振动机理难以完全用理论描述,为探究适合研究其振动特性的分析方法,本文搭建了青贮玉米收获机试验台。利用24位INV3062-C1(S)通用型动态测试采集仪器,测试不同转速下揉搓辊、定刀和机架位置的振动。分析该试验台振动幅值的均值、方差、有效值,可近似认为该振动信号符合平稳随机振动特征,获得不同工况下的振动时域特征和振动频率分布规律。结果表明,随着电机转速增加,整机振动强度随之增大,其中,揉搓辊位置的振动幅度最大,机架次之,定刀最小;秸秆喂入工况下,随着转速升高,机架振幅的提升速率高于揉搓辊和定刀,机架对电机转速变化最敏感;玉米秸秆的喂入对试验台振动的影响在低速(900 r/min)和中速(2 000~4 000 r/min)较大,高速(4 500 r/min)时影响较小;试验台振动频率集中在166.7~185 Hz、250.7~269.6 Hz、527~559 Hz、746.8~776.2 Hz、872.9~904.8 Hz区间,主要是电机转动频率的倍频成分;在中、高速,电机的振动对试验台振动影响较大,在低速状态下影响较小。在设计青贮玉米收获机时,可考虑在机架位置布置加强筋、在青贮收获机机架与发动机之间增加隔振,减小振动对青贮玉米收获机的影响。研究结果可为改善青贮玉米收获机整机振动,为复杂农田作业环境下收获机械的设计与优化提供参考。     

考虑质量时变的收获机械工作模态分析与试验

为研究复杂开放环境下收获机械田间作业过程由质量时变影响的工作模态及振动行为,该文搭建了一套收获机械工作模态测试系统,以4YZP-4HA型122 k W玉米联合收获机械为研究对象,建立收获机械车架工作模态测点模型,测定工作模态试验下的土壤-机器-植物等边界条件,并进行田间收获作业和运输工况的振动响应数据采集和时频域分析,利用时域随机子空间SSI(stochastic subspace identification)和频域的增强型频域分解EFDD(enhanced frequency domain decomposition)算法,辨识了在质量时变(田间收获作业)和质量非时变(运输工况)影响下的模态参数(模态频率、阻尼比及模态振型),并比较分析了2种算法的工作模态辨识结果。利用时频域分析方法获取了不同测点振动加速度幅值统计特征及频率分布规律,研究结果表明:田间收获作业工况振动强度高于运输工况,振动频率集中分布在20~150 Hz范围内,测点频率之间存在差异主要由不同位置刚度变化所致;通过比较SSI和EFDD方法辨识的模态频率,发现SSI和EFDD方法在相同频率范围内相差较小,且均落入傅里叶变换方法的频率分布区间,表明SSI和EFDD方法计算结果可信,能够较为准确地确定模态频率;质量时变下的收获机械车架模态振型特征主要表现为扭转、弯曲、弯扭和局部模态振型,其中1阶扭转振型频率接近29 Hz(SSI:29.578 Hz;EFDD:29.300 Hz)。研究结果可为复杂农田作业环境下收获机械的工作模态分析与试验提供参考。     

山东旱作灌溉区小麦—玉米全程机械化技术模式经济效益分析与评价方法

针对山东省旱作灌溉区种植模式多样、技术模式不统一,影响全程机械化经济效益问题,研究小麦—玉米周年轮作下耕、种、管、收全程机械化技术模式,总结小麦—玉米全程机械化技术路线,构建基于区域特色的成本分析与经济效益评价方法,分析小麦—玉米全程机械化技术成本、占比及收益,筛选并比较山东省旱作灌溉区主要技术模式组合。分析发现,小麦—玉米周年轮作模式下耕种管收各环节成本支出范围为10 500～16 500元/hm~2,土地承包费范围为3 000～16 500元/hm~2,经济效益为1 500～7 500元/hm~2;优化筛选以深翻、旋耕、免耕三年轮作+二次镇压+小麦宽苗带播种技术以及玉米免耕播种+水肥一体化+联合收获(穗茎兼收/青贮)技术的模式组合。研究结果可为山东省旱作灌溉区小麦—玉米全程机械化技术模式优选、农机农艺深度融合、农业合作社的生产等方面提供技术参考。     

玉米收获机车架应力及模态数值模拟焊点模型优选

玉米收获机车架作为一种典型的薄壁焊合结构,各结构件主要通过焊接关系连接,该文针对车架有限元建模分析中焊点连接关系复杂、不同焊点模型引起数值模拟精度差异的问题,以提高车架有限元建模准确性与计算精度为目标,研究不同焊点模型对收获机械车架有限元计算精度的影响。首先,研究了有限元建模中常用4种不同焊点模型的构造机理与数学描述,并分别建立了4种焊点的车架有限元分析模型,计算静态加载下不同焊点模型车架的应力分布;其次,设计了玉米收获机车架应变试验,得到不同测点的应力分布规律。通过对比分析仿真与试验数据得出:采用RBAR(rigid-bar)焊点模型计算结果与试验结果吻合,相关系数为0.993 2,较适合模拟计算应力-应变模式的静态工况。通过Block Lanzcos算法计算不同焊点模型的车架模态振动频率与振型,获取不同焊点模型对车架频率和振型的影响规律,得出采用ACM2(area contact model 2)焊点模型的计算结果与二阶四面体单元计算结果相关性较高,相关系数为0.995 9。综合考虑不同焊点模型的适用性与建模效率得出:对于应力-应变模式的静态分析,建议采用RBAR焊点模型;对于模态分析模式的车架动态振动特性分析,建议采用ACM2焊点模型。研究结果为收获机械焊接结构件的有限元建模方法、焊点模型的选用以及提高数值模拟精度和建模效率等问题提供依据。