胡萝卜联合收获机拉齐切割装置设计与试验

拉齐切割装置是胡萝卜联合收获机的重要工作部件,其性能好坏直接决定了秧苗切口位置是否统一平整,切割是否干净。针对我国胡萝卜主产区的种植模式和农艺要求,研制了一种应用于双行胡萝卜联合收获机上的双圆盘刀式拉齐切割装置,该装置主要由拉齐部件、切割部件和水平夹持输送部件等组成,一次作业可完成胡萝卜的拉齐、切割、抛秧等功能。该装置采用双圆盘刀作为切割部件,切口平整美观,切割效果好;采用挡板作为拉齐部件,挡板的高度及中间缝隙的大小均可调;采用上下两层夹持带作为水平夹持输送部件,能够有效防止胡萝卜秧叶倒伏,有利于后续的切割及抛秧作业。该装置的成功研发解决了机械收获时胡萝卜切口不美观、拉齐效果差以及堵秧的问题,有效提高了胡萝卜联合收获机的收获效果。      

胡萝卜联合收获机对顶部件的研究

针对国内自主研发的胡萝卜联合收获机在对顶切秧作业时对顶效果差、切割不干净及损伤率高的问题,研究了国内外各式各样的对顶部件。重点针对胡萝卜联合收获机皮带式对顶方式、链条式对顶方式进行了研究,并介绍了各种对顶方式的工作原理及优缺点。在上述对顶方式的基础上,设计出一种新型的V形滚轮式对顶部件,该部件采用并行排列且可以绕轴转动的两列橡胶辊作为对顶组件与胡萝卜接触,两列滚轮呈V形排列,从而减轻了滚轮径向的受力,使得滚轮不至于径向受力过大而不转动。该装置不仅实现了对顶作业,而且极大地降低了伤果率,为胡萝卜联合收获机的研发成功提供了理论依据。     

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。     

花生联合收获机柔性夹持装置设计与试验

针对传统花生联合收获机刚性夹持链夹持损失率偏高的问题,提出了三夹持带柔性夹持技术,并设计了三夹持带夹持输送装置.通过试验台试验确定了带型、带距、带速等参数,并通过与刚性夹持链的田间对比试验,对拉断落果率、夹持喂入率、夹断率、去土率、掉株率、掉果率等试验指标进行了综合评价.试验结果表明,三夹持带柔性夹持输送方式损失率较低.     

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。     

甜菜收获机齿板式切顶装置设计与试验

针对甜菜机械化收获切顶过程中存在的漏切、少切及块根损伤等问题,研究了一种齿板式甜菜切顶装置。对切顶过程中甜菜进行受力分析,明确了切顶装置运动的随机特性及其关键影响因素。结合切顶装置的工作原理及运动空间,确定了仿形器的连架杆为300mm、连杆为220mm、齿板间距为40mm、限位板高度为100mm、超前量为25mm、安装角为45°。根据切顶器工作的特殊位置点,确定了齿板的轮廓曲线,提高了切顶装置的工作适应性。借助Design-Expert软件进行试验设计及数据处理,获得切顶装置各因素与评价指标的数学回归模型,明确了前进速度、弹簧力对切顶合格率、多切率的影响规律,并确定了较优参数组合。进行了田间试验验证,结果表明,当前进速度为1.0m/s、弹簧力为23N时,甜菜切顶合格率为99.6%,比平板式切顶装置提高6个百分点,多切率为0.95%,比平板式切顶装置降低1.15个百分点,符合甜菜切顶收获指标要求。     

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。     

韭菜收获机圆盘切割装置设计与试验

针对现有韭菜收割机作业时出现的不完整、漏割等问题,结合韭菜的物理特性,设计一种兼具扶禾、切割、收集组合式韭菜收集机械。对关键部件圆盘刀进行结构参数、运动参数的确定,开展切割理论分析;利用MATLAB软件,选取机具作业速度分别为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s,对切割圆盘进行运动仿真,得到不同作业速度下的切割区域变化规律;以机具的作业速度为试验因素,以割台损失率、漏割损失率为指标,进行单因素试验,确定机具作业速度范围。结果表明,当韭菜收获机圆盘刀转速为3 000 r/min时,作业速度为0.4 m/s,韭菜切割收获装置性能最优,此时韭菜割台损失率均值为2.8%、漏割损失率均值为2.2%。     

花生联合收获机柔性夹持装置设计与试验

针对传统花生联合收获机刚性夹持链夹持损失率偏高的问题,提出了三夹持带柔性夹持技术,并设计了三夹持带夹持输送装置。通过试验台试验确定了带型、带距、带速等参数,并通过与刚性夹持链的田间对比试验,对拉断落果率、夹持喂入率、夹断率、去土率、掉株率、掉果率等试验指标进行了综合评价。试验结果表明,三夹持带柔性夹持输送方式损失率较低。     

王草收获机旋转刀盘式平茬切割装置设计与试验

针对目前王草缺少专用机械收获装备,传统通用型切割装置对王草平茬刈割效果不稳定等问题,设计了一种王草收获机旋转刀盘式平茬切割装置。根据王草簇状分蘖生长的生物特性和平茬刈割的收获要求,完成切割装置的总体结构设计,通过理论分析,确定了切割器和塔轮式输送器的关键结构和工作参数。利用ANSYS/LS-DYNA仿真对比单动刀切割和动定刀组合切割的切割效果,结果表明动定刀组合切割断面平整度优于单动刀切割,在刀盘低速切割时,动定刀组合的切割功耗小于单动刀切割;切割输送仿真试验表明塔轮式输送器的输送效果较好,能够实现割后王草茎秆的顺茬输送。搭建切割器试验台,采用Box-Behnken设计方法,选择动定刀间隙、刀盘转速和刀盘倾角为试验因素,留茬破头率和切割功耗为试验指标,建立了因素与指标间的回归模型,通过NSGA-Ⅱ算法,确定切割器最优参数组合为动定刀间隙2.98 mm、刀盘转速为84.7 r/min、刀盘倾角为28.65°,在此参数组合下测得留茬破头率为8.66%,单位切割功耗为7.78 mJ/mm²。在此基础上进行田间试验,试验结果与优化结果基本一致,结果表明旋转刀盘式王草平茬切...     

模块化大蒜联合收获机设计与试验

为提高大蒜收获机对不同种植模式、不同行距大蒜机械化收获的适应性,设计了集扶禾、破土、输送、断秧、集果于一体的大蒜联合收获机,并对其关键功能部件进行了深入研究。将扶禾、起送蒜、破土、齐蒜断秧等大蒜收获所必需的功能集中设置,构建相对独立的收获单元功能模块。用户可根据需要加挂收获单元功能模块,配合输送单元,实现1~n行大蒜联合收获机的自由组合。同时,收获单元功能模块之间间距可在0~300mm或更大范围内无级调整,实现70~420mm之间不同行距大蒜的机械化收获。建立了大蒜拉拔力理论分析模型,在对影响因素研究的基础上,得到了结构参数对拉拔力影响的规律。试验表明,拉拔力随大蒜假茎包角增加而增大;当同步带张紧力超过2800N时,同步带所提供的拉拔力大于松土后大蒜所需拉拔力,可保证大蒜拉拔收获顺利完成。建立了破土力理论分析模型,得到了箭铲入土角、箭铲入土深度、整机前进速度等参数对破土力的影响规律。正交试验结果表明：入土深度、土壤湿度对箭铲破土力影响显著;当土壤湿度为30%、入土深度为80mm时,破土力为520N。样机田间试验结果表明,大蒜联合收获机的各项技术指标均满足设计预期效果,大蒜收净率为98.3%、总损失率为3.5%、生产率为0.14hm2/h。     

油菜联合收获机滚筒筛式复清装置设计与试验

针对油菜联合收获机脱粒分离作业后脱出物组分杂,籽粒细小不易分离,导致清选作业清洁率低、人工复清劳动强度大等问题,设计了一种挂接在粮箱上的模块化滚筒筛式复清装置。基于运动学与动力学分析了物料提升螺旋输送器和筛分装置的结构参数与运行参数范围;以滚筒筛式复清装置的损失率、清洁率及筛分效率为评价指标,以滚筒筛转速、筛网内助流螺旋叶片螺距和筛孔直径为影响因素,基于EDEM开展了三因素三水平正交试验,确定了最佳参数组合,并利用收获关键部件试验台开展了验证试验。仿真结果表明：当喂入量为0.6kg/s时,滚筒筛式复清装置的较优参数组合为筛孔直径5mm、滚筒筛转速105r/min、筛网内助流螺旋叶片螺距250mm,此时滚筒筛式复清装置损失率为0.92%、清洁率为98.96%、筛分效率为95.12%。台架验证试验表明,带有滚筒筛式复清装置的清选系统工作顺畅,在最佳参数组合条件下,滚筒筛式复清装置的损失率为0.96%、清洁率为98.67%、筛分效率为95.36%,对比未增加滚筒筛式复清装置前清洁率提升了4.38个百分点。研究可为油菜联合收获机清选装置结构改进和优化提供参考。     

油菜联合收获机集成式纵轴流脱离装置设计与试验

针对油菜联合收获机链耙式输送器结构复杂、输送路程长、存在堵塞的问题,设计了一种集成式纵轴流脱粒分离装置,将强制喂入装置与纵轴流脱粒分离装置合二为一,二者呈T字形垂直排布,取代传统的链耙式输送器,依靠强制喂入装置和纵轴流脱粒分离装置实现油菜输送、抓取、脱粒分离功能。依据集成式纵轴流脱粒分离装置的工作过程,确定了强制喂入轮和纵轴流脱粒滚筒直径和转速等主要参数。试验表明,喂入量为2.0 kg/s,强制喂入轮转速在300~450 r/min时,该装置脱粒油菜的夹带损失率低于1.31%;强制喂入轮转速为400 r/min、喂入量在1.0~2.5 kg/s时,夹带损失率低于1.18%,符合油菜脱粒分离装置的设计指标。田间试验表明集成式纵轴流脱粒分离装置可适应油菜联合收获机的作业要求,实现物料由割台至脱粒分离装置的均匀连续输送和脱粒分离功能。     

油菜联合收获机切抛组合式纵轴流脱离装置设计与试验

针对传统油菜联合收获机链耙式输送器输送距离长、且易引起油菜高粗茎秆堵塞的问题,设计了一种切抛组合式纵轴流脱离装置,实现油菜的强制喂入、切断抛送、脱粒分离功能于一体,整机关键部件全部采用液压驱动,可保证其无级调速和运转平稳。通过对茎秆的运动学与动力学分析,确定了喂入辊、切碎滚筒和脱粒滚筒的结构参数与工作参数,以夹带损失率和功耗等为评价指标,开展了切碎滚筒转速、脱粒滚筒转速和脱粒间隙的正交试验。正交试验结果表明:较优参数组合为切碎滚筒转速450 r/min、脱粒滚筒转速450 r/min、脱粒间隙30 mm,此时夹带损失率为0. 415%,脱出物短茎秆质量分数为10. 43%,切碎滚筒和脱粒滚筒总功耗为4. 16 kW,排草口茎秆平均长度134. 8 mm,对应的旋风分离清选系统籽粒总损失率为6. 13%、清洁率为91. 97%。田间试验表明,切抛组合式纵轴流脱离装置能实现物料由割台至脱离装置的均匀连续输送和脱粒分离功能,可满足油菜联合收获机的作业要求。     

履带式联合收获机差逆转向机构设计与试验

为减小履带式联合收获机在田间连续转向时对土壤产生的剪切破坏,增加整机在田间转向时的灵活性,提高作业效率,设计了一种差逆转向机构,可以实现差逆转向、切边转向和单边制动转向。在对差逆机构转向特性进行理论分析的基础上,应用Recur Dyn软件对其进行了不同工况下的动力学仿真,并将试制的差逆转向机构安装在履带式联合收获机上,在水泥地面及水稻田条件下进行转向性能试验。试验结果表明,在相同转向模式下,即近似相等的转向半径及转向角速度情况下,水稻田差逆转向半轴输出扭矩最大,达到5 668.2 N·m,远大于水泥地差逆转向的扭矩2 268.2 N·m,同时在3种转向模式中,差逆转向所要克服的阻力矩最大。在驱动轮输出转速75 r/min工况下,水泥地面中,差逆转向为0.610 rad/s;水稻田中,差逆转向为0.592 rad/s,较单边制动转向分别提高87.7%和88.5%;水稻田地差逆转向的最小转向半径的平均值为0.098 m,水泥地最小转向半径的平均值为0.082 m,转向占用面积显著减小;切边转向的角速度小且平稳,有助于对方向进行微调。该差逆转向机构使联合收获机的行走转向性能显著提高。