刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响

甘蔗切割质量差会导致宿根破头,造成第二年宿根发芽率降低,极大影响甘蔗产量和经济效益。该研究围绕刀盘轴向振动和切割参数对甘蔗收获机切割质量的影响开展研究,利用自主研发的甘蔗收获机试验平台进行砍蔗试验,以甘蔗的裂纹总数、最大裂纹深度、最大裂纹长度和宿根破头数作为评价指标,采用改进熵值法计算各指标的综合评价值,通过单因素试验、正交试验和二次回归正交旋转组合试验,分析以刀盘轴向振幅和频率表征的刀盘轴向振动以及刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角及其交互作用对甘蔗切割质量的影响。试验结果表明,甘蔗切割质量和刀盘轴向振幅以及频率之间呈线性负相关关系;刀盘轴向振幅和频率对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.002和0.035。刀盘转速、甘蔗收获机行走速度和刀盘倾角对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。刀盘轴向振幅和频率的交互作用以及刀盘轴向振幅和刀盘转速的交互作用对甘蔗切割质量具有显著的影响,P值分别为0.045和0.036。其他因素交互作用对甘蔗切割质量的影响不显著,P值都大于0.05。对甘蔗切割质量影响的显著程度大小为刀盘轴向振幅、频率、甘蔗收获机行走速度、刀盘倾角、刀盘转速;刀盘轴向振幅和频率越大,甘蔗切割质量的综合评价值越大,切割质量越差;刀盘轴向振幅和刀盘转速同时增大,甘蔗切割质量的综合评价值增大,切割质量变差。用高速摄像机观察砍蔗过程发现,甘蔗需经历1次以上的切割才会被砍断,且不同的切入位置之间存在高度差。应采取减振措施降低切割系统的振幅,同时提高车架和切割系统的固有频率,避免出现共振现象。研究结果可为研发具有高切割质量的甘蔗收获机提供参考。     

小型甘蔗收获机切割器试验研究

小型甘蔗收割机切割器必须具有切割功耗(切割扭矩)和切割损失小的特点。通过正交试验,对影响这两个评价指标的切割参数进行单、多因素试验,得出切割参数的主次顺序,即刀盘转速、刀盘倾角、刀刃滑切角。进而采用正交多项式回归分析方法对试验数据进行处理,获得影响这两个评价指标的数学模型。利用该模型对切割参数进行优化,获得切割损失和切割功耗均较小的最佳切割参数组合：刀盘转速为685 r/min,刀盘倾角为9°,刀刃滑切角为26°,从而为小型甘蔗收割机切割器设计提供依据。     

甘蔗收获机刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量的影响

为了研究甘蔗收获机刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量的影响,该文根据刀盘切割和传输甘蔗时的工作状况,在试验和理论分析的基础上,设计了刀盘轴向振动及其对宿根切割质量影响的系列相关试验,即通过在切割试验平台刀盘上安装不平衡质量块的方式实现刀盘轴向的可控振动,以模拟刀盘在切割和传输甘蔗过程中产生的轴向振动工况;并在刀盘轴向振动状态下,通过进行一系列的单因素试验和正交试验,探讨了不平衡质量大小、刀盘转速、进给量等因素对甘蔗宿根切割质量的影响规律。经过方差分析和相关性分析,结果表明:1)可通过安装不平衡质量的方法实现刀盘轴向的可控振动;2)刀盘的轴向振动振幅与甘蔗宿根切割质量之间具有较强的正相关性,其线性相关系数为0.87;3)在正交试验条件下,不平衡质量对刀盘轴向振幅及宿根切割质量在显著水平0.05下均具有显著影响,各试验因素对甘蔗宿根切割质量影响的大小排序为刀盘的不平衡质量、甘蔗输送速度、刀盘转速。该文初步揭示了刀盘轴向振动对甘蔗宿根切割质量具有显著影响的规律,为深入研究复杂激励下刀盘振动对甘蔗宿根破头的影响机理、探索基于动态特性的甘蔗收获机设计方法、开发适于丘陵地区的甘蔗收获机械提供了参考。     

甘蔗收获机排杂风机设计与试验

为解决甘蔗联合收获机的排杂问题,设计了一种在甘蔗收获机排杂装置中使用的新型风机,并在试验台上进行了试验研究。以排杂风机出风口风速为试验指标,对风机转速、进风口方式和进风口面积进行了单因素试验。试验结果表明,风机最佳性能参数为：风机转速为1?800?r/min、进风口方式为轴向进风、进风口面积为16?475和19?119mm2、距离出风口为50?mm时,出风口风速最大。其5个测量点的风速平均值依次为：13.867、14、11.633、11.333、12.383?m/s。后期排杂试验表明,在此最佳参数下,风机排杂效果最佳。     

甘蔗收获机两段式螺旋捡拾机构模拟与试验

为了提高丘陵地带和坡地倒伏甘蔗的扶起率,该文提出了两段式螺旋捡拾机构设想,应用计算机建立了两段式螺旋扶起机构虚拟模型,进行了虚拟试验,确定了捡拾段的结构,建立了两段式螺旋捡拾机构接触点的运动方程、接触点的速度方程和甘蔗被扶起的运动条件,样机的试验结果表明：当甘蔗倒伏状态角在小于30°的顺倒伏状况下扶起率为20%,在30°～60°状况下为90%;甘蔗在侧倒伏状况下扶起成功率为100%;甘蔗在90°～120°的逆倒伏状况下扶起率为50%,在120°～150°的状况下仅为10%,在150°～180°逆倒伏状况下扶起率为0。     

萝卜收获机振动松土铲参数的优化

为了确定萝卜收获机振动松土铲的关键参数,利用偏心连杆式振动装置进行松土试验,以机器行走速度、松土铲激振频率和振幅、铲入土角、铲刃倾角作为试验影响因素,土壤孔隙度为响应指标,并采用二次正交旋转回归试验设计,建立了响应指标与各影响因素之间回归数学模型。通过Design-Expert 6.0软件对试验参数进行优化,确定机器行走速度0.64?m/s、激振器频率2?Hz、振幅14.38?mm、铲入土角25.72°、铲刃倾角39.68°为最优参数组合,此时土壤孔隙度为50%～60%,该研究为研究和设计萝卜收获机提供依据。     

甘蔗茎秆切割力试验

切割力试验是研究甘蔗茎秆切割机理的重要手段。该文在自制的单刀切割试验台上,通过对滑切角、刀盘倾角和切割速度进行三因素三水平正交试验,研究各因素对单位切割力和最大切割力的影响,在此基础上,进行切割速度单因素试验。试验表明：对单位切割力影响的主次顺序为切割速度－滑切角－刀盘倾角;对最大切割力影响的主次顺序为切割速度、刀盘倾角、滑切角。刀盘倾角对最大切割力影响较显著,而对单位切割力影响不显著。进行作物粗茎秆切割力试验时,以单位切割力为试验指标比较合理。单位切割力与切割速度之间呈线性关系,切割速度越大,单位切割力也越大。     

振动和拨辊推送式藠头收获机研制

针对现有根茎类作物收获机用于藠头收获时存在的果土分离不彻底、埋果率高、地形适应性差等问题,该研究研制了基于\     

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。     

甘蔗切割过程的有限元仿真

为了提高微型甘蔗切割器的性能,需要得到刀具倾角与切割速度对切割力,切割耗功,破头率等的影响。该文利用ANSYS/LS-DYNA对甘蔗切割过程进行有限元仿真。在仿真中建立了不同的刀具倾角以及切割速度组成的有限元模型,并使用LS-DYNA提供的MAT_WOOD材料模型以及接触侵蚀算法进行数值计算。仿真结果表明,切割速度变化对切割过程中的切割力,能量损耗和刀具最大应力的影响较为显著,倾角变化对切割力的影响较为显著。动刀倾角为0°时,切割力最小,动刀速度在0.5～0.9 m/s范围内,切割速度越大切割力越大。通过与试验的对比,发现在仿真中速度的变化对切割力大小趋向的影响与试验结果吻合,切割力最大值的相对误差小于20%。甘蔗切割的有限元仿真能降低试验成本,缩短试验时间,为样机的设计提供了依据。     

小型整秆式甘蔗收割机切割系统的改进与试验

针对小型整秆式甘蔗收割机工作时破头率高,容易堵塞等缺陷,该文对原样机切割系统的切割输送装置、布局和提升方式等进行了改进,在原样机切割系统前增加一个辅助喂入辊。对改进样机刀盘的振动测试结果表明:改进后切割装置动态刚性得到提高,刀盘振动小。田间对比试验表明:改进后甘蔗宿根破头率由原来的15.9%降低为4.7%,蔗茎合格率由原来的51.0%提高到82.5%,喂入量由原来1.129 kg/s提高到1.894 kg/s。该文可为整秆式小型甘蔗收获机的机械设计提供参考。     

整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验

整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响,合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况,采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台,采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率(剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值)的影响规律并获得最佳作业参数:喂入辊筒转速250 r/min,剥叶辊筒转速540 r/min,茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm,甘蔗喂入根数1.68根,此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明,在单根和双根喂入时,甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程,并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。     

基于切割压力的甘蔗收割机刀盘高度自动调节装置

甘蔗收割机在丘陵山地收割过程中,切割刀盘无法随蔗垄高度变化自动调节是甘蔗宿根破损和甘蔗浪费的主要原因。针对此问题,研制了切割刀盘液压马达压力数据采集装置和刀盘切割高度随垄高变化自动调节装置。将切割液压马达压力数据采集装置安装在4GZQ-260型甘蔗收割机上,采集甘蔗机收过程中切割液压马达压力数据,测量表明,当甘蔗种植密度和物理特性、土壤物理性质、甘蔗收割机刀盘转速及前行速度一定时,收割机刀盘入土和不入土切割甘蔗液压压力有较大差异,由此设计了一种基于切割系统液压压力的刀盘切深自动调节装置,并进行模拟试验研究了当甘蔗地垄高度变化时该系统刀盘入土切割深度的自动控制情况。试验表明,在土壤物理性质、甘蔗种植密度和物理特性相同时,当切割刀盘前进速度为0.25 m/s、转速700 r/min时,入土切割与设计深度的最大误差为0.7 cm;当切割刀盘前进速度为0.4 m/s、转速700 r/min时,入土切割与设计深度最大误差为0.8 cm。该装置实现了刀盘入土切割深度随蔗垄高度变化自动调节,且入土切割保持在设计深度内,符合甘蔗收获机械国家标准中关于甘蔗割茬高度的相关规定,达到设计要求。该研究可为丘陵山地甘蔗收割机刀盘切割高度自动控制调节提供技术参考。     

甘蔗切割器切割质量影响因素的试验研究

为了降低甘蔗切割器切割甘蔗的宿根破头率(后面简称破头率),提高切割器的切割质量,该文采用二次回归正交旋转组合试验方法及试验台试验、建立数学模型,研究了甘蔗切割器切割质量的影响因素,同时,对甘蔗切割器切割质量的影响因素进行了综合优化。结果表明试验因素对切割质量有较大的影响,试验因素综合优化结果能有较降低破头率,在干地或湿地切割甘蔗时,破头率小于14%,有效提高了切割器的甘蔗切割质量。     

稻麦联合收割机降尘系统的设计与试验

稻麦联合收割机作业过程产生粉尘,影响操作者身体健康,同时造成环境污染。为了解粉尘产生状况及成分特性,该研究进行了稻麦联合收割机作业粉尘检测试验。在此试验基础上,设计了一种负压吸尘、滤筒集尘的稻麦联合收割机机载式降尘系统。该系统利用现有稻麦联合收割机动力,可随时更改风机工作参数,以满足多种田间工作条件。通过理论分析确定影响降尘系统工作效率的主要因素为收割机速度、风机转速和环境湿度,试验指标为割台、尾部降尘系统效率,开展三因素三水平试验,构建各因素和试验指标之间的数学回归模型。拟合和优化分析所得试验结果,得到最优参数组合为：收割机速度3.73 km/h,风机转速3 507 r/min,环境湿度56%,此时,割台降尘系统效率为76.8%,尾部降尘系统效率为79.6%,对最优工作参数进行试验验证,验证优化最佳参数组合可行性,降尘系统在较难工作条件下满足降尘要求的最低风机转速为3 332 r/min。该研究可为收割机降尘系统的设计提供依据。     

基于PSO-BP的甘蔗施肥监控系统设计与试验

针对甘蔗横向种植机的施肥机构由于肥料潮湿结块易堵塞等问题,该研究对施肥机构进行电液传动与控制改造,构建了一套基于粒子群（Particle swarm optimization,PSO）-前反馈（Back Propagation,BP）神经网络预测的施肥监控系统。以施肥马达的压力、转速及肥料箱中肥料量为输入参数,将施肥机构的工作状态（空载状态、正常状态、重载状态、堵塞状态）作为输出,通过BP算法建立输入与输出之间的映射关系,并用PSO算法优化BP算法的权值与阈值,相比未优化BP算法,优化后的工作状态预测准确率由97%提高到99%。以识别施肥机构工作状态响应准确率以及重载状态下堵塞预防概率为试验指标进行车间试验,结果表明：工作状态响应识别准确率为89%;重载状态下,控制系统控制施肥马达正反转并消除堵塞的概率为87.5%。在田间试验中,监控系统能准确预测施肥机构的重载状态并自动执行防堵控制指令,没有出现堵塞故障。该施肥防堵塞监控系统无需上位机,能够满足复杂多变工况下施肥机构的工况预测及防堵控制要求,可为其他施肥机构的自动化改造提供参考。     

联合收割机多机协同作业路径优化

随着我国土地流转政策的不断推进,种植实现规模化生产和管理,采用多台联合收割机同时进行收获作业,可不仅提高效率,而且对抢种抢收,减少自然灾害的风险,实现颗粒归仓意义重大。但是由于作业路径规划不当,常常发生作业冲突、反而效率降低,成本增加等问题,因此,研究如何规划和优化联合收割机多机无冲突协同作业具有十分重要的理论意义和实用价值。本文以总作业时间和作业时长为综合优化目标,综合考虑联合收割机转弯和作业冲突的情况,提出了联合收割机多机无冲突协同作业路径优化算法(improved genetic algorithm,IGA)。结果表明,与遗传算法(genetic algorithm,GA)相比,IGA优化的矩形农田作业路径总作业时间和作业时长平均分别下降了33.72%、34.00%,IGA优化的梯形农田作业路径总作业时间和作业时长分别下降了29.93%、30.00%,与并排作业相比,IGA优化的矩形农田作业路径总作业时间和作业时长平均分别下降了2.45%、2.29%,IGA优化的梯形农田作业路径总作业时间和作业时长分别下降了2.42%、2.02%。研究结果表明采用IGA进行多联合收割机作业路径优化是可行的,可为联合收割机多机无冲突协同作业路径规划提供参考。