胡萝卜收获机根茎分离装置设计与试验

为了提高胡萝卜收获机的作业质量,在统计分析主要胡萝卜品种物理特性参数的基础上,设计了一种由平板式齐平器、水平夹持输送机构、双圆盘式切秧机构和上水平夹持输送机构等组成的根茎分离装置。利用解析作图法对双圆盘式切秧机构进行受力和运动分析,得出了茎秆顺利切割满足的力学关系;结合作业速度分析,确定了圆盘刀的转速范围为312~325 r/min;以胡萝卜收获农艺要求及低能耗为目标,通过理论计算得出了圆盘刀的各关键结构和工作参数。设计了两种结构形式的圆盘刀,选取切净率和肉质根损伤率为试验指标,进行对比田间试验,结果表明:在转速315 r/min时,刃角型普通圆盘刀与锯齿状圆盘刀根茎分离效果近似,切秧率均超过90%,肉质根损伤率低于2%。考虑经济性,采用刃角型普通圆盘刀加装根茎分离装置,进行了整机田间试验,结果表明:在机器前进速度1.34 m/s时,胡萝卜收净率98.3%、切秧率90.6%、肉质根损伤率1.8%、总损失率3.5%,符合胡萝卜收获的技术指标要求。     

胡萝卜联合收获机单圆盘对顶切割装置设计与试验

针对胡萝卜联合收获过程中对顶切割装置作业后胡萝卜损伤率高、切净率低等问题,设计了一种单圆盘对顶切割装置,并阐述了其主要结构及工作原理。在统计分析胡萝卜基本物理特性的基础上,通过理论计算确定了斜拉式导向齐平对顶机构的两对齐基板间距、拉齐区长度和对齐基板斜边角度等主要结构参数,达到胡萝卜茎叶精准拉齐的目的。以螳螂前肢胫节曲线为原型,将拟合优化后的曲线形状应用至圆盘动割刀和直割刀刃口上,构建切割机构-胡萝卜茎叶力学模型,分析其满足胡萝卜被高效切断的条件。对圆盘割刀进行运动学分析,建立圆盘割刀前进方向的运动学模型,确定影响装置工作性能的因素为胡萝卜输送速度和圆盘割刀转速。以胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速(胡萝卜输送速度)和圆盘割刀转速为试验因素,以胡萝卜根茎损伤率、茎叶切净率、切割平整度为试验指标,进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,通过对试验结果进行分析优化,确定最佳参数组合。结果表明,当胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速为113 r/min、圆盘割刀转速为156 r/min时,对顶切割装置性能最优,此时胡萝卜损伤率均值为0.53%、切净率均值为95.41%、平整度均值为94.10%。对优化结果进行田间试验验证,验证结果与优化结果基本一致,作业过程中装置工作平稳。     

半喂入花生联合收获夹持输送装置的设计与研究

半喂入式联合收获是目前花生收获的主要方式之一,其夹持输送装置作为半喂入花生联合收获机关键部件,对整机作业性能影响尤为重要。针对花生联合收获机夹持输送装置作业稳定性差、花生植株输送归集拥堵等问题,设计了一款半喂入花生联合收获夹持输送装置。该装置采用“挖拔组合”作业方式,结合花生的种植农艺和实际作业速度,完成花生植株夹持输送作业。通过对夹持输送作业进行运动学和仿真分析,确定影响夹持输送装置的影响因素,并通过单因素试验得到其取值范围：夹持输送速度为0.8～1.1 m/s,夹持装置倾角为25～35°,夹持高度为150～200 mm。研究结果为半喂入花生联合收获夹持输送装置的设计提供了理论依据。     

花生植株双圆盘刀切割装置的研制与分析

围绕国内花生种植模式和农机农艺要求,针对目前花生秧蔓存在严重浪费、花生秧蔓因夹带残膜无法收集利用的现象,研制出花生植株双圆盘刀切割装置。双圆盘刀切割装置主要由液压马达、传动链轮、传动链条、圆盘刀轴、圆盘刀及固定法兰等组成,可以将花生植株秧蔓和根盘分离,得到不夹带残膜及泥土等杂质的花生秧蔓和合理留茬高度的花生根盘,为花生秧蔓的收集利用提供基础。通过对花生植株双圆盘刀切割装置的研制与分析可知:圆盘刀材质为钨系高速钢W18CR4V,直径为250mm,厚度10mm,两片刀片重叠部分20mm,最佳转速范围为410～460r/min。同时,利用Ansys分析软件对圆盘刀进行模态分析,得到满足强度要求的双圆盘刀切割装置,可为秧果兼收型花生联合收获机提供结构基础。     

履带自走式单行大白菜收获机设计与试验

针对我国大白菜收获机械化水平低、配套技术与装备缺乏的现状,在分析大白菜主要种植模式和机械化收获要求的基础上,对大白菜机械化收获关键技术进行了研究,确定了先切根再夹持导向、输送的机械化收获方案,并设计了一种适合我国南方地区田间作业的履带自走式单行大白菜收获机。该收获机主要由切割装置、夹持导向装置、倾斜输送装置、水平输送装置、收集装置、液压传动系统等关键部件组成,可一次性完成大白菜的切根、夹持导向、输送与装箱等收获作业。为了获得该机的良好作业性能,对各关键装置和部件进行了理论计算与分析,并进行了样机试制和田间性能试验。田间试验结果表明,当机器前进速度约为0.30m/s,切根装置、夹持导向装置以及夹持导向装置的液压马达驱动转速分别设置为300、300、175r/min时,该大白菜收获机平均生产率达0.11hm2/h,平均切根合格率为93.40%,平均夹持成功率为95.86%,平均输送成功率为100%,平均作业损失率为7.84%,收获机各关键部件工作稳定,收获效果较好,基本满足大白菜的机械化收获要求。     

夹持输送技术在蔬菜收获机械中的应用

阐述了夹持输送技术与装置在蔬菜收获机械中的重要性,对夹持输送装置的典型结构、蔬菜受力、运动和驱动系统等进行详细分析。介绍了夹持输送技术与装置在典型胡萝卜收获机和甘蓝收获机中的应用实例,探讨蔬菜夹持输送技术与装置的发展趋势。该研究可为国内蔬菜收获机械的设计、研发提供借鉴和参考。      

胡萝卜联合收获机智能监控系统设计与试验

针对目前国内胡萝卜联合收获过程中智能化水平低、无法对机具作业情况进行监测等问题,设计了一种可搭载在胡萝卜联合收获机上的智能监控系统。智能监控系统主要包括胡萝卜联合收获机自适应带速调节模块、胡萝卜堵塞监测模块、胡萝卜果实计数模块、人机交互模块及位置信息模块等。监控系统以STM32F103单片机为主控制器,信息采用CAN总线传输,应用多种传感器融合技术,实现胡萝卜联合收获作业信息采集与调控。胡萝卜联合收获机自适应带速调节模块基于模糊PID控制算法,通过传感器收集机具作业速度、夹持输送带带速及夹持输送装置倾角,采用脉宽调制控制电磁阀开度调节夹持输送带带速,实现胡萝卜收获过程中机具自适应调节作业状态。运用Matlab软件进行胡萝卜联合收获自适应带速调节模型对比试验,仿真试验结果表明,该模型鲁棒性好,超调量低;田间试验表明,各模块监测精度均大于等于96%,自适应带速调节模块误差小于等于0.1 m/s,带速响应时间小于等于0.8 s,调整时间小于等于1.6 s。该智能监控系统满足机具田间作业要求,实现了对胡萝卜联合收获作业的实时监测与夹持输送带带速自动控制。     

胡萝卜联合收获机智能监控系统设计与试验

针对目前国内胡萝卜联合收获过程中智能化水平低、无法对机具作业情况进行监测等问题,设计了一种可搭载在胡萝卜联合收获机上的智能监控系统。智能监控系统主要包括胡萝卜联合收获机自适应带速调节模块、胡萝卜堵塞监测模块、胡萝卜果实计数模块、人机交互模块及位置信息模块等。监控系统以STM32F103单片机为主控制器,信息采用CAN总线传输,应用多种传感器融合技术,实现胡萝卜联合收获作业信息采集与调控。胡萝卜联合收获机自适应带速调节模块基于模糊PID控制算法,通过传感器收集机具作业速度、夹持输送带带速及夹持输送装置倾角,采用脉宽调制控制电磁阀开度调节夹持输送带带速,实现胡萝卜收获过程中机具自适应调节作业状态。运用Matlab软件进行胡萝卜联合收获自适应带速调节模型对比试验,仿真试验结果表明,该模型鲁棒性好,超调量低;田间试验表明,各模块监测精度均大于等于96%,自适应带速调节模块误差小于等于0.1m/s,带速响应时间小于等于0.8s,调整时间小于等于1.6s。该智能监控系统满足机具田间作业要求,实现了对胡萝卜联合收获作业的实时监测与夹持输送带带速自动控制。     

甘薯秧蔓收获机专用割台设计与试验

针对甘薯分段收获技术需求,结合国内外甘薯收获技术及装备,提出一种甘薯秧蔓收获方式,并设计甘薯秧蔓收获机专用割台。该甘薯秧蔓收获割台主要由拨禾切割装置和防堵防缠输送装置组成,可以实现甘薯秧蔓的切—送—归集。首先,理论分析该割台的关键部件结构参数及传动配置关系,确定拨禾切割装置上仿垄型排列的割刀和弹齿的安装高度和安装密度,以及拨禾轮、割刀和弹齿的结构参数。其次,通过对拨禾切割装置、捡拾装置和螺旋输送装置进行运动学和力学分析,明确拨禾轮、捡拾器、螺旋输送绞龙转速和结构决定秧蔓切割效果和收获质量,并确定捡拾器和螺旋输送绞龙的关键结构参数,最后进行田间试验验证该机具的切—送—归集收获效果。结果表明：当整机前进速度为0.6 m/s,拨禾轮转速为46 r/min,捡拾器转速为43 r/min,割台损失率仅为1.3%,整机作业效率为0.45 hm2/h。割台搭配48 kW拖拉机在工作过程中运行稳定,割台在工作过程中无堵塞、无缠绕,满足甘薯秧蔓联合收获机的设计需求     

履带式苎麻联合收割机的设计与试验

针对国内苎麻种植特点,在已有设计研究的基础上研制了一种适合于中国苎麻主产区收获作业的履带式苎麻收割机.整机侧向配置,采用半喂入稻麦联合收获机底盘,并配有液压无级变速系统,作业组件包括分禾装置、扶禾装置、割刀传动装置、横向输送装置、纵向强制输送装置和集秆箱等.该机采用双动刀切割装置结合三组链条输送器夹持输送,提高了整机的作业质量和稳定性.通过田间试验表明:切割率可到达93.5％,输送率可到达85.6％,平均生产率为0.94hm2/h,各项性能指标均到达设计要求.     

龙门式电驱动油菜薹收获机设计与试验

针对油菜薹机械化收获装备匮乏的问题,设计了一种龙门式电驱动油菜薹收获机,实现油菜薹切割、夹抛、输送、收集、跨厢面遥控自走功能。阐述了收获机整机设计方案,设计了立式回转夹抛切割装置,确定了分禾器、割刀和夹抛辊结构参数;通过割台夹抛过程力学与运动学分析,明确了油菜薹切割、夹抛输送作业影响因素,确定了割刀、夹抛辊结构和运动学要求;搭建油菜薹收获试验台,以切割效果、输送效果为评价指标开展单因素试验和正交试验,结果表明当割刀转速为234r/min、夹抛辊转速为120r/min、喂入速度（机具前进速度）为0.56m/s时综合收获效果最佳。田间收获验证试验表明,设计的收获机作业效率可达到0.41hm2/h,综合切割效果为95.6%,综合输送效果为95.2%,满足油菜薹收获要求。该研究可为油菜薹机械化收获装备的结构设计优化提供参考。     

大蒜联合收获机按压式切根装置设计与试验

针对大蒜联合收获作业过程中根系切净率低与损伤率高的问题,设计了一种按压式切根装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过理论计算确定了夹持输送与切割机构作业参数,构建大蒜夹持运动方程和拨轮组动力、变形及切割力学模型。以链轮、拨轮和圆盘刀转速为试验因素,伤蒜率和切净率为试验指标,利用Design-Expert 8.0.5软件进行回归与响应面分析,构建三元二次回归模型,得到各因素对指标值的影响顺序。结果表明,当链轮、拨轮和圆盘刀转速为107、52、197 r/min时,装置性能最优,伤蒜率和切净率分别为0.63%和97.07%。对比鳞茎顶端定位“浮动切根装置”的最优参数组合,结果表明,所提出的装置伤蒜率降低2.15个百分点,切净率提高3.9个百分点。对优化因素进行试验验证,验证与优化结果基本一致,满足大蒜机械化收获高效切根作业要求。     

自走式油菜薹收获机设计与试验

针对现有油菜薹收获机械匮乏,人工采摘效率低、成本高等问题,结合油菜薹生物学特性与农艺要求,研制了一种自走式油菜薹收获机,可实现自走、自动升降、茎叶统收,一次性完成油菜薹切割、输送与收集等工序。基于动力学与运动学分析了油菜薹收获切割、输送及收集过程,得出了影响收获效率的主要因素,开展了切割装置、拨禾装置、输送装置、割台双升降系统的设计与参数分析。以前进速度、切割线速度、输送带线速度及拨禾轮转速为因素,油菜薹收获漏割率、输送失败率及茎叶破损率为评价指标,开展了二次回归正交旋转台架试验,应用综合评分法确定了最优作业参数组合为：前进速度0.56 m/s、切割线速度0.50 m/s、输送带线速度0.79 m/s、拨禾轮转速49.70 r/min,在最优参数组合下,油菜薹收获效果较优。田间试验结果表明收获机作业后割茬整齐,在最佳参数组合下,漏割率为4.28%,输送失败率为3.42%,茎叶破损率为6.39%,可满足油菜薹实际生产需求。     

挖拔式木薯联合收获机的设计

针对我国木薯产业对木薯机械化收获的需求,以及人工和半机械化收获费时耗力、效率低等问题,设计了挖拔式木薯联合收获机。该机一次作业能完成木薯的挖掘、拔起、薯茎分离、薯块和茎秆收集等工序。振动挖掘装置的3阶纵刃平面铲具有良好的入土性和碎土性,防堵辊轮减少了土块与杂草的堵塞和缠绕,偏心轮式的振动筛能有效地减少木薯的拔起力;夹持机构的3根夹持带的错位排列提高了夹持的可靠性;整机底盘装载机架升降液压系统能够适应机架位置需求的调整。该设计为后续的木薯联合收获机的设计与研究提供了一定的参考。     

自走式木薯收获机的设计

针对目前我国木薯机械化水平低、人工收获费时费力、效率低等问题,设计了自走式木薯收获机。收获机由履带底盘带动,主要由挖掘装置、夹持输送装置、土薯分离装置和传动系统等组成,能一次性完成木薯挖掘、夹持输送、薯茎分离及去土收集等工序;夹持输送机构能有效降低挖掘阻力,降低了机器动力要求;收获过程耗用人工少,显著提高了生产效率。该设计可为木薯收获机械的深入研究和发展提供参考。     

大蒜联合收获机浮动式夹持装置设计与试验

针对大蒜联合收获机拉拔收获特点与鳞茎定位要求,为提高输送成功率、降低鳞茎损伤率,设计了一种浮动式夹持装置,阐述了其主要结构与工作机理。通过茎秆受力变形与植株运动分析,明确了试验台浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度等关键作业影响参数的取值范围。构建了茎秆流变模型,并根据不同载荷下的茎秆蠕变曲线拟合了茎秆的粘弹性参数,明析了关键作业参数与输送装置夹持力、输送损失及鳞茎损伤的关系。以浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度为试验因素,以成功率和损伤率为试验指标,用Design-Expert软件进行试验数据分析,由Origin软件生成3D响应曲面,得到各因素对指标的影响次序。结果表明,当浮动轮弹性系数、间距及链条输送速度分别为2 N/mm、83 mm和520 mm/s时,装置性能最优,夹持成功率和损伤率分别为97.42%和1.36%。对优化因素进行试验验证,试验与优化结果基本一致,满足大蒜联合收获浮动夹持高成功率与低损伤率的作业要求。     

小型电动履带式黑塌菜收获机设计

为提高黑塌菜的收获效率,减少人工劳动时间并降低劳动强度,设计一款小型电动履带式黑塌菜收获机。通过查阅蔬菜类收获机相关文献,结合实地调研、理论计算与计算机辅助技术等方法,根据黑塌菜生长特点和收获要求确定黑塌菜收获机整体结构设计方案,包括切割装置、输送装置、割茬高度调节装置、行走装置与收集装置。对关键部件进行理论计算,确定切割、输送、割茬高度调节等装置的关键参数。对整机机架结构进行线性静力学仿真分析,结果表明：在工作过程中,机架最大变形量为0.929 mm,最大等效应力为117.8 MPa,满足结构设计和材料强度要求。以江苏省如皋市黑塌菜种植基地的黑塌菜作为试验对象,展开黑塌菜收获机收获试验。试验结果表明,黑塌菜收获机进行土下切割作业时,平均割茬高度为10.5 mm,收获效率为0.09 hm2/h,漏割率小于5%,耗电量约为28.77(kW·h)/hm2,电量均价按0.51元/(kW·h)计算可得成本为14.67元/hm2,试验结果满足黑塌菜收获要求。     

花生秧蔓打捆装置设计与试验

针对目前国内花生收获工作过程中存在秧蔓浪费严重的问题,设计了一种与花生联合收获机配套使用的秧蔓打捆装置,在收获花生果实的同时,可对秧蔓进行青贮打捆处理。通过理论分析确定了秧蔓打捆装置及保证圆捆质量的秧蔓切根机构主要机构结构参数和分布型式。田间试验结果表明:添加打捆装置的花生联合收获机作业后的平均秧蔓粉碎率为99.1%,秧蔓损失率为0.4%,秧蔓切根率为98.7%,成捆质量57kg,各项性能指标均达到相关设计标准,且花生秧蔓打捆装置能与花生联合收获机的挖拔、清土、摘果、清选装置较好配合。研究可进一步丰富我国花生机械收获体系,弥补国内花生秧蔓青贮处理机械的空缺。     

玉米茎秆切断装置对比

对玉米茎秆切断-喂入一体化技术进行研究,分析了往复刀式、甩刀式和圆盘刀式3种玉米茎秆切断装置的优缺点,提出我国玉米收获过程中,需要大力发展茎秆先切断再喂入技术,重点研制推广装有圆盘刀式秸秆切断装置的玉米收获机。