甘蔗收割机物流虚拟试验

通过PRO/E和ADAMS虚拟样机技术对甘蔗收割机的整机及关键部件进行动力学仿真,分别对扶起装置、切割装置、夹持输送装置、铺放输送装置和剥叶装置等关键技术进行虚拟试验,研究了各部件收获甘蔗时的物流过程。通过高速摄影试验,分析扶起装置与夹持输送装置衔接过程并进行了田间试验验证。结果表明,虚拟样机能够顺利实现甘蔗的扶起、切割、夹持输送、铺放输送和剥叶等工序,可为生产物理样机提供参考。     

小型甘蔗收割机断尾质量影响因素的试验研究

以研究甘蔗断尾断面质量及切割功耗为目的,采用试验方法,研究了进给速度、刀盘转速、刀盘悬伸长度对断面质量及切割功耗的影响.应用综合评分法处理实验结果,得出较优参数组合,即刀盘转速为900r/min,进给速度为0.488m/s,刀片悬伸为60mm.通过方差分析得知,刀盘转速对试验结果影响高度显著.同时,探讨了3种不同圆盘切割器的断尾效果,得出工具钢刀片的断尾质量最好且功耗最小的结论.     

甘蔗收割机切刀负载压力影响因素试验研究

针对甘蔗收割机工作时收割损失大及切割负载大等问题,结合单因素与多因素试验研究方法,对影响切割器负载压力的因素进行研究。利用自主研制的切割试验平台进行探究,并通过二次回归正交旋转设计物理试验建立数学模型,利用数学分析软件MATHCAD对回归方程中的因素进行主效应和交互效应分析。结果表明:刀盘转速、刀盘倾角、甘蔗密度、进给速度及入土深度对切割负载压力影响显著,甘蔗品种影响较小。同时可知:在刀盘倾角4°～8°、刀盘转速650～700r/min、入土深度20mm、进给速度0.2m/s的条件下,切割功率小。     

小型整杆式甘蔗收割机剥叶系统功耗试验研究

剥叶系统是整杆式甘蔗收割机的核心部分。为研究剥叶系统功耗的影响因素,通过在自制的小型整杆式甘蔗收割机上进行单因素试验,分别研究甘蔗喂入量、甘蔗弯曲程度、甘蔗直径等3个因素对剥叶系统功耗的影响,并进行田间验证试验。结果表明:甘蔗喂入量及甘蔗直径对剥叶系统的功耗有显著影响,应综合蔗地实际种植密度、蔗杆直径等因素来匹配剥叶系统的功率。此试验为小型整杆式甘蔗收割机剥叶系统的机械设计提供了参考依据。     

三角履带式甘蔗收割机转向系统的设计与试验

针对我国目前山地甘蔗收割困难、缺乏适用收获装备的问题,设计了三角履带式甘蔗联合收割机转向系统,主要包括后桥、轮桥连接架的设计和转向油缸行程确定。针对关键部件转向后桥和轮桥连接架进行了受力计算与有限元应力分析,对转弯半径进行了计算,并进行了相应的试验。关键零件应力测试试验结果表明:转向后桥的最大静应力为43. 67MPa,动态稳定应力约50MPa,仿真误差为12. 66%;轮桥连接架转向最大静应力158.59 MPa,动态应力为176 MPa,仿真的误差为9. 89%,仿真与实际基本一致。转弯半径试验结果表明:理论转弯半径为6.4m,实际测试时由于车速不同,转弯半径在6.127～6.5m范围内,与理论最大误差4.27%,在可接受范围内,转向系统的设计达到了设计要求。     

甘蔗收获机切割系统负载压力影响因素的试验研究

针对甘蔗收获机在入土切割时无法根据地形精确控制切割器入土切割深度的问题,通过理论分析甘蔗收割机入土切割时影响切割系统负载压力的因素,并通过试验探究各因素对切割系统负载压力的影响规律。试验结果表明:影响切割系统负载压力的主要因素有入土深度、土槽进给速度、甘蔗密度、刀盘转速、土壤含水率和土壤密度,随着入土切割深度、土槽进给速度、甘蔗密度和刀盘转速的增加,切割系统的负载压力整体均呈逐渐增大的趋势,并得出各因素对切割系统负载压力影响的显著性及先后顺序。该研究为建立甘蔗收获机械切割系统的负载压力与切刀入土切割深度的关系数据库提供了数据支持。     

甘蔗收割机发展现状与前景展望

简要介绍了甘蔗收割机械的发展简史,阐述了国内外甘蔗收割机的发展现状,指出了甘蔗收割机存在的主要问题,展望了其发展趋势。     

凯斯甘蔗收割机试用的初步观察分析

随着甘蔗糖业的发展,对甘蔗生产过程机械化的要求也越来越高。然而对甘蔗生产过程收割的这个阶段诸多专家还存在着争议,主要集中在收割方式是采用整杆收割还是切断收割。通过对凯斯甘蔗收割机的初步试用情况进行数据分析,对甘蔗进行机械化的生产提供了参考。     

甘蔗收割机旋转刀盘减振装置设计研究

目前甘蔗收获机的切割机构都采用圆盘切割器,为了减少甘蔗的破头率和提高工作效率,需要提高甘蔗器刀盘工作速度和增加刀盘上刀片数目,然而由此将导致的负面影响是:(1)甘蔗切割器的阻力矩加大;(2)切割器轴的扭振幅值加大;(3)减小了刀盘系统工作寿命。为了消除这种负面影响,提出了设计含阻尼弹性减振器的甘蔗切割器旋转刀盘的解决方案。建立普通旋转刀盘力学模型和含阻尼弹性减振器旋转刀盘力学模型,通过数值方法计算了阻尼弹性减振器的减振效果。研究结果表明:安装减振装置后,轴的最大扭振幅值由4.5°减少为0.8°,减振效果明显。并且根据数值计算的结果设计了结构简单、加工方便的含橡胶减振器甘蔗切割器旋转刀盘。     

甘蔗收割机切割刀盘浮动控制系统的设计与试验

为了探究切割刀盘浮动控制系统设计方法,笔者以甘蔗收割机为例,首先分析了甘蔗收割机的工作原理,给出切割刀盘浮动控制系统结构图和刀盘升降自动控制原理,然后确定刀盘浮动控制系统设计总思路,最终根据切割液压压力试验和入土切割深度试验,得出切割刀盘高度自动调节的可行性。仿真结果证明：当以0.25 m/s速度前进切割时,阻力由3.51 MPa增加到9.45 MPa,入土切割深度由3 cm增加到10.6 cm;刀盘深度均保持在入土3 cm左右,最大误差0.7 cm,可以说明通过优化硬件可以降低切割深度控制误差,符合割茬小于3 cm为合格切割的规定;通过切割刀盘高度自动调节装置,可以根据不同蔗地环境以及切割状态,建立数据库,利用人机交互界面,制定不同的控制方案,最终实现切割刀盘高度的自动调节。     

整秆式甘蔗联合收割机整机物流设计与仿真

阐述了整秆式甘蔗联合收割机物流通道的总体设计方法,给出了物流通道的主要设计参数,结合机械系统虚拟样机,分析软件Admas对整秆式联合收割机甘蔗输送过程进行仿真分析,并进行试验验证。结果表明:采用腹挂中置式的物流通道结构能使甘蔗顺利进入通道,且可以充分利用收割机底盘的空间,对甘蔗收割机的小型化有较好的作用;综合考虑剥叶机构、后续甘蔗切段机构以及集蔗器的尺寸对输蔗过程进行分析,证明输蔗通道的倾角在15°左右比较合适。     

小型甘蔗收获机喂入能力仿真与试验

针对丘陵地区甘蔗收获设计的一种小型整秆式甘蔗收获机,运用物流仿真软件FLEXSIM对甘蔗通过切割系统进行了虚拟仿真试验,试验表明增加切割系统的通道宽度和提高甘蔗的输送速度对防止甘蔗收获机出现堵塞具有显著影响,当物流系统的宽度一定时,提高小型甘蔗收获机的输送速度就显得尤为重要。通过多体动力学仿真软件ADAMS对甘蔗的输送速度进行了仿真,仿真结果表明通过增加甘蔗与螺旋的摩擦因数、增加主动喂入辊及在刀轴上增加橡胶可以提高甘蔗的输送速度。田间试验表明,采取上述措施提高了甘蔗被切断后的输送速度,减少了甘蔗头部受刀盘和固定在刀盘上螺旋反复打击的次数,提高了甘蔗的切割质量及降低了收获机出现堵塞的概率。甘蔗通过切割输送系统的时间由改进前的2~3 s缩短为1.5 s左右,甘蔗头部的完好率由改进前的17.8%提高到57.9%。     

整秆式甘蔗收获机蔗叶分离机构设计与试验

为了进一步降低整秆式甘蔗收获机的含杂率,满足糖厂对机械化收割甘蔗的含杂率要求,结合甘蔗在蔗叶分离过程中的受力分析,对甘蔗起主要支撑作用的剥叶辊、输出辊及除杂辊进行布局安装,避开了蔗叶分布范围,以利于实现较高的除杂率。通过在试验平台上进行的正交试验研究,得出了该蔗叶分离机构的较优参数组合:刷片形状为20mm梳齿型,除杂辊与甘蔗交错深度0mm,除杂辊转速140 r/min。试验结果表明:此蔗叶分离机构具有较好的蔗叶分离效果,从而验证了蔗叶分离机构的可行性。     

切断式甘蔗联合收获机的试验与分析

为了探索窄行距的甘蔗收获,对引进的凯斯4000型切断式甘蔗联合收获机作业性能和收获机组系统的性能进行了测试,分别测定甘蔗破头率、损失率、含杂率、油耗和生产效率,并针对凯斯7000与凯斯4000进行了对比试验。结果表明:引进的凯斯4000型甘蔗联合收获机适应窄行距作业,符合农户的作业要求。其破头率为7.45%、损失率为11.68%、含杂率为8.46%、油耗为2.23 L/t、生产效率为15.46 t/h。     

整秆式甘蔗收获机输送调控系统设计与试验

针对甘蔗生长的随机性使收获机喂入量随时变化,易导致整秆式甘蔗收获机输送堵塞或工作效率低下的问题,设计了一种整秆式甘蔗收获机输送调控系统。该系统由动态扭矩传感器、PLC控制系统、液压系统、伺服电机系统组成,通过实时调节输送辊转速与喂入速度使得甘蔗收获机输送能力与喂入量相匹配,减少甘蔗堵塞情况。通过搭建甘蔗收获机试验平台,开展甘蔗输送调控试验。甘蔗输送调控试验结果表明,安装了输送调控系统后,各试验水平下的甘蔗平均输送速度为4.06、3.42、3.04、2.42m/s,相比无调控系统有了明显提升,并且收获机输送能力在喂入量峰值过后恢复到初始值,保证了工作效率;调控试验的平均堵塞率降低到5%,输送调控系统对缓解输送堵塞有显著作用。     

小型甘蔗收获机分动箱结构改进与实验

针对目前小型甘蔗收获机分动箱结构不合理导致执行机构动力不足且工作性能较低的问题,对其结构进行了改进,主要措施为液压泵与前盖板合为一体,传动轴改为花键连接,增加加强筋和减震垫等。振动测试试验结果表明:改进后的分动箱各个测点的振动加速度均方根值降低3%~30%,振动加速度峰峰值降低15%~3 2%,分动箱的刚度增大,工作可靠性得到提高。     

甘蔗收获机的人性化设计

根据人性化设计的相关理论和甘蔗收获机的开发设计实践,对甘蔗收获机的需求层次因素和环境层次因素、物理层次因素、感性层次因素等人性化设计因素进行了分析研究,并对甘蔗收获机驾驶室的布局、外观造型及色彩进行了人性化设计,使之从功能到形式达到完美协调,获得多个具有实际参考价值的造型方案。     

甘蔗收获机切段装置设计与试验

针对甘蔗收获机切段装置存在的切段机理理论缺乏、切段损失大、对切段装置要求多样化等现状,对比分析了切段装置前置式、中置式、后置式3种形式的收获流程,并基于对前置切段式结构的理论分析,推导前置切段式切段长度的经验公式,设计了切段装置试验台和切段装置前置式收获机割台。进行了切段过程高速摄影试验,获知蔗段在切段过程中的运动规律、蔗叶与蔗茎的分离形式、断口糖分损失的主要形式及原因,通过田间正交试验确定了影响蔗段合格率因素主次顺序为:交错深度、行驶速度、切段辊转速,当交错深度为4 mm,行驶速度为2 km/h,切段辊转速为300 r/min时,割台蔗茎合格率达到93%。通过统计学分析计算,得出了长度系数为0.7,其长度分布近似符合正态分布规律。     

整秆式甘蔗收获机内物流排杂高速摄影分析

为了研究整秆式甘蔗收获机内物流排杂运动机理,研制了甘蔗收获机内物流排杂试验台,并利用高速摄像机拍摄了甘蔗与蔗叶在物流通道内的运动全过程,并对图像进行分析。结果表明,甘蔗在物流运动过程中发生弹跳、扭转和弯曲变形,在剥叶运动过程中发生断尾,并且通过排杂装置将蔗叶与甘蔗分离后排出。通过建立甘蔗收获机内各部件元件与甘蔗、蔗叶的简化力学模型,结合甘蔗和蔗叶的力学特性分析了甘蔗和蔗叶在物流通道内的运动机理。甘蔗在物流运动中主要受到的作用力为各部件对甘蔗的轴向力、垂直于甘蔗运动方向的切向力和摩擦力。     

整秆式甘蔗收获机剥叶断尾机构设计与试验

结合甘蔗自身材料特性及在剥叶运动过程中的受力分析,提出剥叶断尾机构采用三角形布局方式,以利于在剥叶过程中实现耙叶、剥叶和断尾的功能,并在剥叶断尾试验平台上进行了正交试验研究,得出了较优参数组合为:耙叶辊转速700 r/min、剥叶辊转速900 r/min、耙叶齿交错深度40 mm和剥叶刷交错深度30 mm。试验结果表明,此剥叶断尾机构具有较好的剥叶与断尾效果,从而验证了剥叶断尾机构的可行性。