三七收获机挖掘铲减阻特性分析与试验

针对丘陵山区三七机械化收获挖掘阻力大和根茎损伤率高的问题,以不同铲型挖掘铲为研究对象,开展三七收获机挖掘铲作业机理与参数优化对比试验。通过理论分析与力学计算,确定各铲型挖掘铲主要结构参数,并通过Solidworks建立挖掘铲三维模型。开展4种铲型挖掘铲的位移流向仿真对比试验,追踪根茎颗粒和土壤颗粒空间运动轨迹,获得三轴位移分部,表明野猪头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲面通过改变土壤颗粒流动方向,从而降低挖掘阻力。利用Design-Expert 13软件,以挖掘铲铲长、铲宽和铲刃倾角为试验因素,以挖掘阻力为试验指标进行组合试验,得到最优作业参数组合为：铲长354mm、铲宽40mm、铲刃倾角70°,在该组合下平均挖掘阻力为439.75N。开展高速摄影试验,获取三七根茎和土壤运动轨迹,结果表明三七根茎和土壤颗粒运动趋势与仿真试验一致,验证离散元模型可靠性。搭建试验台架,以入土角、铲片间距和挖掘速度作为试验因素,以挖掘阻力作为试验指标进行正交试验,得到不同工作参数对挖掘阻力影响的主次顺序为入土角、铲片间距、挖掘速度,最优工作参数组合为入土角15°、铲片间距80mm、挖掘速度0.4m/s。综合评估挖掘铲减黏降阻性能,仿生式挖掘铲作业效果最优。     

基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

4Y-1200型药材收获机振动挖掘铲的设计

对4Y-1200型药材收获机的挖掘铲建立牵引阻力数学模型,然后基于Solidworks的插件完成挖掘装置实体建模,运用Solidworks的Motion插件进行运动仿真,得出在单位任意时间内铲尖线性与曲柄端点转角上位移、速度、加速度的对应曲线,结合参数选择合理性进一步优化收获机挖掘部件,从而为进一步进行整机的优化设计奠定了基础。     

马铃薯收获机挖掘铲有限元静力学分析

针对2种结构的马铃薯挖掘铲,采用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析,挖掘铲有限元模型根据其安装位置和材料建立,载荷为土壤加载到铲面的张向力,通过求解挖掘铲的变形和应力分布,进行强度校核,根据分析结果选择出性能更好的挖掘铲,为挖掘铲的设计提供理论依据。     

滩涂文蛤收获机挖掘铲的设计与分析

滩涂文蛤具有很高的营养价值,而其采收多采用人工采集,劳动强度大,采收效率低。本设计为一种新型的文蛤收获机,作业宽度1 000mm,挖掘深度100~150mm,适合滩涂文蛤等贝类的采收。为研究机器在收获中遇到的阻力影响,对挖掘铲进行动力学分析设计,并通过受力分析构建工作阻力力学模型。同时,对挖掘铲进行静力学分析,添加载荷及约束,对挖掘铲进行有限元分析,得到挖掘铲的变形、应力及应变云图。计算结果与挖掘铲的材料性能对比,验证了设计的合理性。     

板蓝根收获机挖掘铲的设计与有限元仿真分析

为解决板蓝根收获机在作业过程中存在挖掘阻力大、铲面易壅土的问题,依据板蓝根自身特性及种植农艺要求,设计了4UD-600型板蓝根收获机,其作业幅宽600mm,最大挖掘深度为500mm,可一次完成板蓝根的挖掘、土药分离和成条侧出铺放。阐述了收获机的工作原理,对其挖掘铲进行了设计和主要参数的计算,并利用SolidWorks软件中的有限元分析插件Simulation对该挖掘铲进行了静力学分析,最后进行了试验验证。设计采用固定式三角平面挖掘铲,通过动力学分析构建工作阻力模型,依据动量定理、动能定理及几何关系进行计算,确定出挖掘铲的最佳入土角α=19°～23°,铲长L=360～400mm,铲刃张角θ=55°。有限元静力学分析结果显示:挖掘铲的应力主要集中在3个螺纹孔处,且最大应力分布在铲的背面离铲尖较近的两个螺纹孔处,最大应力值为22.44MPa,远小于挖掘铲的许用应力220.6MPa,强度满足设计要求;而产生最大位移的位置为铲尖,变形值为0.09184mm,与整个铲相比此变形量很小,可以忽略。试验结果与仿真结果基本一致,在误差允许的范围内,满足设计要求。     

基于离散元法的胡萝卜挖掘铲优化设计

针对胡萝卜联合收获机工作过程中松土挖掘阻力大、胡萝卜漏拔率高等问题，对收获状态下三角翼形挖掘铲进行受力分析和计算，确定了铲面宽度和铲刃角的取值范围。根据胡萝卜种植模式，建立了挖掘铲-胡萝卜-土壤离散元仿真模型，以挖掘铲面长度、宽度及铲刃倾角为试验因素，以挖掘阻力、土壤破碎率为试验指标开展了胡萝卜挖掘仿真试验，仿真时间历程显示了土壤与胡萝卜随挖掘铲运动的变化过程。利用仿真试验数据拟合建立不同试验因素影响下挖掘铲阻力与土壤破碎率的二次多元回归方程，通过Design-Expert 10.0.7对数学模型进行分析求解，得出了最优参数组合为：铲面长度260mm,铲面宽度370mm,铲刃倾角57°。通过与凿型铲进行对比试验，结果表明：工作阻力降低了9.4%,土壤破碎率提高了2.8%,优化设计的三角翼形挖掘铲在工作阻力和土壤破碎率方面具有良好的松土性能，满足胡萝卜收获要求。研究可为胡萝卜挖掘装置试验研究和设计提供理论参考。     

基于EDEM离散元法的深松铲仿真与试验研究

为验证采用离散元法分析深松铲工作过程的可靠性和有效性,本文应用EDEM离散元分析软件研究深松铲的工作过程和耕作阻力,分析不同工作速度、不同耕作深度、不同入土角度条件下深松铲的工作情况;进行深松铲田间试验,并将仿真结果与试验结果进行分析比较。结果表明,仿真分析结果与试验测试结果的变化趋势基本一致,耕作阻力随着工作速度和耕作深度的增大而增大,随着入土角度的增大而减小;数值结果误差在5%~15%之间。证明采用离散元法分析深松铲在土壤中工作过程的可行性。该研究结果为进一步研究农机触土部件的减阻耐磨和优化设计提供参考。     

木薯收获机挖掘铲的受力分析与优化

挖掘铲的受力情况直接影响挖掘机的工作效果及寿命,挖掘铲面角度是影响挖掘铲受力的主要因素。为此,对木薯收获机挖掘铲在达到挖掘深度进行挖掘木薯的过程进行受力分析,并利用ANSYS软件对铲面角度进行优化,得出在一定的挖掘深度下受力最小的大铲面和小铲面的最佳角度,为挖掘铲的结构优化设计提供理论依据。     

胡萝卜联合收获机高效减阻松土铲设计与试验

针对胡萝卜联合收获机作业时松土铲普遍存在作业阻力大、漏拔率高等问题,设计了一种高效减阻松土铲。以狗獾爪趾为仿生原型设计了仿生减阻铲尖,并分析了其减阻机理,建立了铲翼与土壤间的力学接触模型,确定了影响松土铲作业质量的铲翼结构参数。基于EDEM离散元仿真技术,建立了部件-土壤-作物多元仿真模型,通过单因素试验与正交旋转组合试验,确定了铲翼结构参数取值范围及其对指标的影响规律。建立了试验因素与指标间的多目标优化数学模型,运用Design-Expert 8. 0. 6软件确定了松土铲的最优参数组合,通过田间性能试验验证了高效减阻松土铲的作业性能。结果表明:影响胡萝卜联合收获机松土铲作业质量的主要结构参数为铲翼开角α和铲翼倾角β,当铲翼开角α和铲翼倾角β分别为120. 27°和47. 37°时,松土铲作业性能最优,最优组合下前进阻力与胡萝卜拔取力分别为1 908. 76 N和55. 37 N。经田间性能试验验证,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,与凿式松土铲相比,高效减阻松土铲前进阻力降低了5. 79%,胡萝卜拔取力降低了20. 68%,漏拔率降低了3. 8个百分点,满足胡萝卜收获农艺要求。     

马铃薯收获机挖掘铲牵引阻力分析与测试

针对马铃薯收获机工作过程中牵引阻力和功率消耗大的问题,以挖掘铲为研究对象,对正切时的牵引力模型进行了修正,建立了同时适用于正切和滑切的牵引力模型。基于MatLab的单因素分析得出滑切角、铲面倾角和机具工作速度与挖掘铲牵引力成非线性关系;挖掘铲牵引力与滑切角为负相关,与铲面倾角和机具工作速度为正相关。在收获条件允许的范围内,增大滑切角、减小铲面倾角和机具工作速度,能有效降低挖掘铲牵引力。通过田间试验验证了MatLab分析结论,表明所建立的挖掘铲牵引力模型是合理可行的,为分析研究马铃薯收获机挖掘阻力提供了参考依据。     

木薯收获机多阶挖掘铲设计及其力学特性分析

基于土壤的碎裂理论,参考薯类等块根类收获挖掘铲设计出了多阶挖掘铲。此挖掘铲轮廓呈弓形,有利于铲在土壤中运动;铲板增添纵向铲刃以增强铲板对土壤的剪切。将其与普通平面铲牵引阻力做对比分析,得出入土倾角取30°较合理,牵引阻力降低6.93%;分析铲板宽度与牵引阻力关系,得出铲板宽度取10~15cm较适宜。通过有限元分析其静力学性能,旨在为进一步的木薯收获机械挖掘铲设计提供参考。     

三七种苗仿生挖掘铲设计与有限元分析

针对现有三七种苗挖掘铲挖掘阻力大、碎土性能与减黏性差等问题,设计一种三七种苗挖掘铲。本研究运用仿生学原理,依据穿山甲良好的挖掘性能设计三七种苗挖掘铲。对穿山甲前爪中趾和鳞片进行结构分析,测量爪趾纵剖面和前端轮廓数据,通过曲线拟合得到仿生铲外形轮廓;结合穿山甲鳞片表面的楔形形状,将仿生铲表面设计成有凸起的楔形铲面;根据三七育苗农艺,确定仿生铲的挖掘深度和挖掘铲宽度;建立仿生铲三维模型,通过Ansys有限元仿真分析,确定挖掘铲厚度和入土角,研究仿生挖掘铲结构性能;并运用EDEM离散元动态仿真分析验证凸起仿生挖掘铲作业过程中所受阻力和土壤挖掘效果。三七种苗挖掘铲设计为凸起仿生挖掘铲,由Ansys仿真分析可知,凸起仿生挖掘铲最大应力为11.864 MPa,最大变形量为0.064 687 mm;由EDEM离散元法仿真分析得到凸起仿生挖掘铲挖掘阻力比平面铲小18.78%,作业时土壤颗粒平均翻滚角速度较平面铲提升27.13%,且具有较好的减黏效果。用穿山甲前爪和鳞片仿生三七种苗挖掘铲,能在保证不破坏三七主根和剪口的同时,达到增大碎土性能和减少土壤黏附的效果。该研究对三七种苗挖掘铲的设计与改进具有重要意义。     

白萝卜收获机挖掘铲参数的设计

针对我国白萝卜人工收获效率低、成本高等问题,设计出专用的白萝卜挖掘铲。工作时,第1步通过挖掘铲破坏白萝卜与土壤的接触力,使白萝卜与土壤分离,第2步由人工捡拾装袋进而完成白萝卜收获的全过程。通过建立挖掘铲的几何模型确定了入土角α、铲面长度L、铲面宽度A和后端面高度h。该挖掘装置采用后悬挂牵引的方式挖掘白萝卜,使白萝卜的收获效率大大提高,装置结构简易、成本低,具有极其广阔的市场应用场景。     

宁前胡仿生挖掘铲设计与试验

针对宁前胡采挖过程中挖掘阻力大的问题，以鲨鱼背鳍为研究对象，并结合农艺要求，设计了一款宁前胡仿生挖掘铲；根据摩尔-库仑理论中土体应力分析，当选用鲨鱼背鳍结构作为仿生铲的凸起结构时，土壤更易达到破裂状态；通过三维扫描仪扫描鲨鱼标本，获取鲨鱼背鳍三维模型，根据背鳍三维模型确定仿生铲的凸起结构，并通过NX12.0创建仿生挖掘铲三维模型；利用三维扫描仪获得宁前胡根茎外形轮廓特征，创建宁前胡根茎的离散元模型，并选用Hertz-Mindlin with JKR建立宁前胡根茎-土壤离散元复合模型；通过离散元仿真对比试验，得出X、Y、Z方向颗粒位移和挖掘阻力的平均值，分析挖掘铲的减阻机理，仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小14.37%;通过开展土槽试验，对比根茎挖掘效果，与仿真试验中得出的宁前胡根茎在仿生挖掘铲挖掘后，根茎在X、Y、Z方向上有更好的位移表现，仿生铲和平面铲的挖掘阻力平均值分别为1 342.28、1 622.73 N,仿生铲比平面铲在采挖过程中阻力减小17.28%,与仿真试验得出的减阻率十分接近，满足宁前胡采挖过程中的减阻要求。     

马铃薯挖掘铲工作阻力计算与分析

以马铃薯挖掘铲为研究对象,构建了挖掘铲工作阻力的力学模型,归纳总结了影响工作阻力大小的相关参数。采用C#语言开发了一款专用的工作阻力计算工具模块,并以铲面宽度、挖掘深度和铲面倾角为变量,对比分析了各参数变化对工作阻力大小的影响,为挖掘铲结构进一步优化设计提供了参考依据。     

马铃薯挖掘铲仿生减阻技术研究概况

本文介绍了仿生技术在农业机械触土部件设计中的应用现状,在此基础上,重点分析了仿生技术在马铃薯挖掘铲设计中的应用概况,并对马铃薯仿生减阻挖掘技术内容进行了概述,通过上述分析,对我国甘薯、木薯等薯类收获机挖掘铲的设计提供参考。      

马铃薯挖掘铲的改进设计与试验

针对目前马铃薯收获机田间收获试验中挖掘铲入土困难及大块土壤破碎效果不理想导致壅土现象等问题,对挖掘铲进行了改进优化,对比分析了振动式挖掘铲和静挖掘铲的区别,并对振动式挖掘铲的铲宽、铲面倾角、铲仞倾角等进行了分析计算。以明薯率、伤薯率、含杂率为性能指标,对设计挖掘铲进行了可靠性验证,以经过杀秧处理的马铃薯植株为试验对象进行田间试验验证,结果表明:实际的挖薯率为96.98%,伤薯率为1.12%,含杂率为2.46%,优于马铃薯收获的国家行业标准作业要求。研究数据对马铃薯收获的挖掘作业具有重要意义。     

花生联合收获机挖掘装置的设计研究

通过对比分析．确定了花生联合收获机的挖掘装置结构形式。从理论上推导出满足生产要求的挖掘铲主要参数的求取方法和公式。现场试验表明：该挖掘装置工作可靠、性能优良。     

大葱收获机挖掘阻力的理论与试验研究

大葱收获机挖掘阻力的研究对大葱收获机设计具有十分重要的作用,目前还未见有大葱收获机挖掘阻力的报道。为此,针对大葱收获机挖掘阻力难以测试的问题,采用理论建模和自主创新的嵌入式测试技术进行了研究。通过对大葱挖掘铲的受力分析及对挖掘土壤的动力学分析,研究了土壤附着力对挖掘过程的影响并建立了挖掘阻力数学模型。为克服传统根茎类作物挖掘力测试系统存在测试构件多、力传递误差大等不足,创新设计了嵌入式连续土壤阻力测试系统。同时,进行了不同挖掘速度和挖掘深度下的挖掘阻力测试试验,并将挖掘阻力理论结果与试验结果进行比较,二者趋于一致,表明对挖掘阻力的研究是正确的。最后,基于大量测试数据,建立了挖掘深度、挖掘速度与挖掘阻力之间的关系图。研究表明:阻力随着挖掘深度和挖掘速度的增加而逐渐增大,挖掘深度对挖掘阻力的影响比挖掘速度对挖掘阻力的影响大得多。因此,在保证将大葱从土壤中顺利挖掘出来的前提下,尽量减小挖掘入土深度,同时兼顾收获效率和大葱损伤率及损失率等因素,尽量提高挖掘速度,以保证大葱收获机的挖掘效率。