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。     

木薯收获机二阶曲面铲的有限元静力学分析

针对木薯收获机中的新型挖掘铲,引入了虚拟倾角,建立二阶曲面铲的阻力模型;利用ANSYS软件对不同倾角组合下的铲面进行了有限元静力学分析,获得了二阶曲面铲应力和变形的分布云图,并进行了强度校核;最后,分析了倾角变化对应力和应变的影响,为二阶曲面铲的设计提供理论参考。     

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。     

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1908.76 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。     

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。     

木薯块根收获机机电液联合仿真模型

以一种新型的挖拔式木薯收获机为对象,采用Solid Works、ADAMS、AMESim和Mat Lab/Simulink软件分别建立木薯收获机的机械系统、液压电气系统和控制系统的模型,并在Mat Lab/Simulink平台下通过接口文件将机械系统、液压电气系统和控制系统的模型进行连接,构建联合仿真模型,且进行了物理试验验证。结果表明:建立的木薯块根收获机机电液一体化联合仿真模型精度较高,可用于木薯收获机控制系统的优化研究。     

推土铲仿生分析与可视化设计

为解决推土铲工作时土壤粘附和阻力大的问题，从仿生学的角度对推土铲的曲面构形进行了分析，设计了主要的结构参数，按照仿生学分析的结果，建立了推土铲计算机辅助分析系统，运用计算机可视化技术设计推土铲的曲面形状，设计结果与实际使用的推土铲结构参数一致。     

木薯收获机块根拔起机构自适应控制算法研究

针对挖拔式木薯收获机无法根据木薯块根生长情况和土质情况的变化实现精确控制木薯块根拔起,且在木薯块根生长情况和土质情况变化大时其块根拔断损失率高的情况,采用联合仿真技术,以较优块根拔起速度模型为基础,根据拔起力变化,控制木薯收获机拔起速度使其达到减少块根拔断损失率的目标,对木薯块根拔起过程进行模糊PID自适应控制,且对模糊PID自适应控制算法进行了优化和物理试验验征。结果表明:在木薯块根拔起过程中,优化的模糊PID控制算法能使齿轮齿条摆动液压缸转速很好地跟踪给定转速曲线,且整机的自适应控制效果好,能适应不同的工作载荷。     

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。     

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。     

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...     

铲筛组合式花生分段收获机的设计与试验

针对我国现有花生分段收获机械化程度低、动力消耗大及工作稳定性差等问题,研究设计了一种铲筛组合式花生分段收获机。该机将花生的挖掘工序和分离工序合二为一,可一次完成挖掘、去土、送秧等工序,采用曲柄摇杆机构驱动分离筛振动,实现了两侧机构等角度、同方向摆动,减小机身侧向力。田间试验测试表明:收获机挖掘深度平均为143mm,落果率平均为0.21%,破损率平均为0.33%,果秧含土率平均为0.31%,耗油量平均为712g/kW·h。     

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。