甘蔗收获机切割器入土深度自动控制系统设计与试验

针对甘蔗收获机切割器无法根据蔗地地形的变化而自动调节现象,设计并建立一种以系统的负载压力信号间接反映入土切割深度的甘蔗收获机切深自动控制系统。通过数学建模的方法,得到电液比例控制传递函数。计算控制系统各个环节的增益并对系统进行误差分析,得出系统的最大误差为2.2 mm,满足甘蔗收获生产的实际要求。将所建立的系统应用于试验切割平台并进行物理试验。试验结果分析表明:切割器可随负载压力的变化而调整至20 mm左右的入土切割深度。并验证系统的适用性及可靠性,其调整误差在2 mm左右,符合系统误差分析结果。     

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。     

甘蔗收获机切刀负载压力影响因素试验研究

由于我国甘蔗大部分种植在丘陵地带,蔗地地势起伏变化较大,导致切割器切割甘蔗时出现过切或漏切以及甘蔗收获中出现收割损失大的情况。为此,对影响切割器负载压力的因素进行进一步研究,结合前课题组的研究理论分析出其影响因素有刀盘倾角、入土深度、刀盘转速、进给速度和甘蔗密度。采用ANSYS软件对刀盘倾角进行仿真分析,并通过Doehlert matrix设计试验方法进行物理试验研究,寻找最优模型关系式,最终建立切刀负载压力与影响因素之间的数学模型,为后续自动控制系统的研发打下基础。     

砍蔗刀盘切割深度对宿根破头率影响的研究

甘蔗的宿根破头率对第2年甘蔗发芽率有很大的影响。为此,基于课题组研发的全自主知识产权甘蔗收割机,研究砍蔗刀盘的切割深度对宿根破头率的影响。田间试验表明:砍蔗刀盘的切割深度对宿根破头率有显著影响;随着刀盘切割深度的增加,甘蔗的宿根破头率反而减少;相比不入土切割,砍蔗刀盘入土切割的甘蔗宿根破头率降低60%。     

基于EDEM甘蔗切割器入土切割仿真试验分析

为了明确甘蔗收割机所用的不同结构切割器以及工作参数(刀盘倾角、行走速度)对进入输送通道泥土量的影响效果,采用离散元分析法建立甘蔗切割器入土切割蔗垄仿真模型,以收集装置收集土壤颗粒质量为试验指标,切割器种类、刀盘倾角、行走速度为试验因素,进行三因素三水平完全交叉分组仿真试验。在入土切割深度为70mm、刀盘转速为650r/min条件下工作,仿真试验结果表明:对进入输送通道泥土量影响因素由主到次关系依次为刀盘倾角(B)、行走速度(C)、切割器种类(A),且三因素对其影响均极其显著。其中,切割器种类A1与A2之间差异不显著,A3与A1、A2之间差异显著,且切割器A3入土切割时泥土带入量最少,切割器A1泥土带入量最多;刀盘倾角各水平之间差异显著,且当刀盘倾角为B1时,泥土带入量最多,刀盘倾角为B3时,泥土带入量最少;行走速度C2与C3水平间差异不显著,C1与C2、C3之间差异显著,且当行走速度为C1时,其泥土带入量最少,行走速度为C3时,其泥土带入量最多。分析切割器入土切割过程可知:土壤颗粒经过切割器作用后,大部分土壤颗粒呈向后抛送状态且不同颗粒向后抛送速度不同,研究结论可为今后的甘蔗切割器结构设计及工作参数优化提供参考。     

不同土壤对甘蔗入土切割负载压力影响的研究

针对甘蔗收获机入土切割系统负载压力的预测适应性差、准确性低的问题,通过正交试验探究在不同土壤类型下切割系统的负载压力与入土切割深度、土壤含水率、甘蔗密度及土壤硬度等因素之间的关系并对各影响因素的显著性进行排序;根据试验结果搭建基于BP神经网络的负载切割压力的预测模型并进行验证。试验及验证结果表明:各土壤中入土深度、土壤含水率、甘蔗密度对切割系统负载压力影响显著,红壤的土壤硬度影响显著,而冲积壤的入土深度与土壤含水率交互作用影响较大;预测验证得出黄壤、红壤、冲击壤的平均相对误差分别为1.81%、3.46%、3.79%。研究成果可为提高甘蔗收获机入土切割负载压力预测控制系统的适应性、可靠性提供数据支持和理论依据,对其实际应用具有一定参考价值。     

基于正则化TSVR的甘蔗收割机切割器入土切割负载压力预测研究

为更准确、快速地对甘蔗收割机切割器入土切割时负载压力的预测,以机车行进速度、土壤含水率、土壤密度、刀盘入土深度以及甘蔗密度为模型输入,基于正则化孪生支持向量回归机(ITSVR)模型,结合基于遗传算法的粒子群优化算法对切割器负载压力进行仿真模拟预测,并将仿真结果与BP神经网络、支持向量回归(TSVR)、极限学习机(ELM...     

甘蔗收获机切割系统执行机构对刚性的影响

刀盘的振动对甘蔗破头率具有影响作用。甘蔗收获机切割系统刚性低,砍蔗力轴向振动位移增大导致轴向挤压甘蔗切割面的作用力增大,对甘蔗的基本属性结构来说,纵向容易撕裂;且周期性或者非周期性地轴向挤压和摩擦蔗兜切面,容易造成甘蔗断面的爆裂和撕裂,增加蔗兜破头率。为此,以切割系统刀盘切割位置的位移量为研究目标,利用Adams仿真软件,改变切割系统中执行部件的变化因素,分析切割系统刀盘切割位置的位移量的影响因素。结果显示:提高液压缸的刚度和降低切割器的质量,会降低刀盘部分的振幅,可间接地降低收割机的破头率。     

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。     

单圆盘甘蔗切割器影响破头率的运动学仿真

利用有限元软件ANSYS对甘蔗切割进行有限元分析,制定了单圆盘甘蔗切割器切割甘蔗的坏切割状态判别标准,通过物理试验制定了刀盘压破蔗头的判别标准.利用动力学仿真分析软件ADAMS进行了切割器连续切割多根甘蔗的运动学仿真,定量研究了影响切割状态和压破蔗头的各因素及交互作用对破头率的影响机理.结果表明.小频率和小速比、小振幅和少刀片的组合有利于降低破头率,当频率、振幅为零,速比为24,倾角为15°,刀片数目为2片时破头率为6.7%.     

甘蔗收获机切割器振动性能分析

为改善甘蔗收获机的切割质量及甘蔗宿根破头率的问题,以切割器为主要研究对象,通过理论分析切割器振动的影响因素,并从切割喂入系统自身的动不平衡出发,建立了切割器的力学模型,以探讨切割器的动不平衡机理。通过分析发现,刀盘质量的不平衡是引起切割器振动的主要因素之一。基于上述机理,在理论上提出切割器刀盘质量不平衡的改进原理。本文可为后续切割喂入系统的研究提供理论指导。     

小型甘蔗收获机切割系统的设计与试验

切割系统是甘蔗收获机的关键部分,直接关系到甘蔗的切割质量以及砍倒后甘蔗的输送。根据"压倒—切割—提升输送"收割模式的理念,确定切割系统整体性能要求,并在此基础上确定了切割系统主要部件:压蔗辊、切割器、输送辊、夹紧装置,以及合理的整体布局和垂直提升方案。在切割系统试验平台上进行了正交试验研究,得出了在螺旋杆提升高度为200mm时,切割系统布局的最优参数组合。     

复杂激励下小型甘蔗收获机切割器振动分析

甘蔗宿根破头率偏高是阻碍小型甘蔗收获机应用研究的主要瓶颈问题。据前期研究发现,抑制切割系统的振动能有效降低甘蔗宿根破头率。为此,通过理论分析、仿真和试验探究在各种振动激励源的冲击载荷作用下切割系统的动态特性及切割器的振动特性。结果表明:蔗地路谱激励频率范围在0~10Hz,发动机激励、砍蔗激励可通过力的正弦函数来描述;砍蔗系统前两阶固有频率为24.114Hz和34.454Hz,所构建的有限元模型较准确;复杂激励下切割器位移响应幅值最大的频率为84.7、6.22、8.10Hz,激励频率为61.36Hz时Y向位移最小。     

一刀切断甘蔗动力学仿真试验

采用ANSYS/LS-DYNA显式动力学仿真软件,建立甘蔗-切割器系统的动力学仿真模型,且进行了甘蔗切割物理试验验证。利用四因子二次通用旋转组合设计方法和甘蔗-切割器系统仿真模型进行一刀切断甘蔗的仿真试验,建立影响因素与切割力和剪应力的数学模型,研究了切割力和剪应力各影响因素及其交互作用的影响规律,且对影响因素进行优化,获得了一刀切断甘蔗时可靠性为95%的最佳切割力总区间。结果表明,刀片刃角为17.5°,切割角为27.73°,刀盘倾角为28°,切割速度为16 m/s时,可靠性为95%的最佳切割力范围为235.82~297.98 N。     

甘蔗根部蔗芯工程弹性常数的试验研究

为测试甘蔗根部蔗芯弹性工程常数,采用多功能组合试验机、静态电阻应变测试仪和扭转试验机,对甘蔗根部蔗芯进行单轴压缩和扭转试验,用电测法和扭转法测试出蔗芯12个弹性工程常数,并对数据进行了独立样本t检验。结果表明:蔗芯X方向(纤维方向)与Y、Z方向(垂直纤维方向)力学性能存在显著差异,Y、Z方向间无显著差异。由此认为甘蔗蔗芯单向复合材料模型合理,并据此对12个常数进行修订,最终得到7个独立弹性工程常数,即:E_x=813MPa;E_y=152.5MPa;μ_(xy)=0.53,μ_(yx)=0.105,μ_(yz)=0.265;G_(yz)=17.75MPa,G_(zx)=1.14MPa。试验结果为建立甘蔗材料有限元模型,对复杂工况下切割器与甘蔗相互作用的动力学过程进行计算机仿真分析,揭示刀盘切割甘蔗时各种因素对甘蔗宿根破头影响机理提供了初步理论依据。     

单圆盘甘蔗切割器切割破头率影响机理研究

为了降低甘蔗切割器切割甘蔗的破头率,提高切割质量,在已建立的不同工况下切割器结构因素及振动因素对切割器切割破头率影响的数学模型基础上,分析了各因素对破头率的影响.利用动力学仿真分析软件ADAMS进行了切割器连续切割甘蔗的运动学仿真,通过观察每一根甘蔗的切割状态,并结合图解法研究了各因素对破头率的影响机理.结果表明:频率与振幅对破头率影响显著,切割器设计时应考虑增加减振措施.     

小型甘蔗收获机切梢装置液压系统的设计及试验

针对蔗梢在榨糖过程中会降低甘蔗的出糖率,以及蔗梢部分进入甘蔗收割机物流系统不利于物流系统的正常运转、堵塞物流通道等问题,在原有物理样机上加装切梢装置。通过对切梢装置运动要求的分析,设计了切梢装置的液压传动系统,并用AMESim软件对系统进行了建模仿真分析;同时,试验分析了切梢装置马达的动态特性,并得到马达在不同状态下的动态特性变化,验证了方案的可行性;最后,通过田间试验测试了切梢装置液压系统流量及压力的变化,并获得了其在田间实际工作时消耗的功率。     

甘蔗收获机入土切割深度控制系统研究

甘蔗入土切割可以有效降低根切破头率,由于西南丘陵山地蔗田凹凸不平,现有甘蔗收获机难以控制刀盘进行入土切割作业,导致甘蔗机收产生大量根切破头。针对以上问题,本文利用自行研制的甘蔗入土切割试验台,基于角度传感器、切割压力传感器,设计了一种多传感器数据融合的入土切割控制系统,开发了基于PID算法的刀盘高度控制策略,运用Matlab/Simulink构建系统仿真模型。仿真结果表明,入土切割控制系统的稳定时间为0.67 s,超调量为8.6%。为验证入土切割控制系统的作业效果,以前进速度、地面波长和地面振幅为试验因素模拟蔗田路面,进行了台架试验。试验结果表明,当前进速度为1 km/h、地面波长为1 m、地面振幅为4 cm时,最小平均入土切割深度误差为3.26 mm。当前进速度为3 km/h、地面波长为1 m、地面振幅为12 cm时,最大平均入土切割深度误差为8.87 mm,刀盘可以保持入土切割。研究可为入土切割控制系统的开发提供数据支撑和理论依据。     

基于LS-DYNA的甘蔗收获机压蔗辊影响研究

为减轻甘蔗收获过程中甘蔗损伤并提高甘蔗收获机收获效率,本文基于有限元方法,分析了甘蔗收获机收获过程中压蔗辊对甘蔗损伤情况,通过对甘蔗收获机切割区域的应力分析表明,切割点和甘蔗-土壤界面有不同的应力表现。甘蔗收获机不带压蔗辊时,甘蔗在切割过程中发生不规则运动导致甘蔗间应力大于其屈服极限极易发生折断导致切割不完整。而压蔗辊可以显著降低甘蔗-土壤界面的应力,减少甘蔗间的运动,提高甘蔗切割质量。     

基于ANSYS/LS-DYNA的甘蔗切割动力学仿真分析

为了更好地研究甘蔗切割机理,建立甘蔗切割模型,通过动力学仿真研究甘蔗切割过程中受力、振动情况及其与蔗兜切割质量之间的关系,为切割器设计提供依据.同时,选用ANSYS/LS-DYNA建立甘蔗切割模型,并对模型进行了模态分析和甘蔗切割动力学仿真.