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。     

人的木薯块根拔起过程自适应调节机理的试验研究

为了探明经验丰富薯农块根拔起过程的自适应调节机理,采用田间物理试验(高速摄像、块根拔起过程测定)和问询调查相结合的方法,对有经验薯农的木薯块根拔起过程进行了试验研究,从而为木薯收获机械拔起控制系统设计提供依据。结果表明:对于不同土质和块根生长的情况,薯农木薯块根拔起自适应调节过程不同。薯农依据自身经验,先通过试探感知拔起难度,后确定和修正块根拔起方式,进行块根拔起过程控制。对于土质硬度小和块根长度短、生长深度浅的情况,试探阶段结束后,将块根拔起速度控制在一个适当的水平,把块根直接拔出。对于土质硬度较大或块根长度较长、生长较深的情况,试探阶段结束后,先进行抖动拔起,后对拔起速度进行修正,停止抖动操作,把拔起速度维持在一个适当水平拔出块根。对于土质硬度大或块根长度长、生长深的情况,试探阶段结束后,先进行抖动松土,使土壤破裂和破坏土壤与块根的粘附力,以减小土壤阻力和拔起难度,后修正拔起方式,加大抖动速度,把块根拔出。本文为木薯收获机械拔起速度控制系统设计提供了依据。     

木薯收获机夹持输送机构设计与力学分析

针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题,研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内,移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆,并将其与摇杆与机架间为转动副连接的方式进行了对比分析。结果表明:移动副连接使拉簧的拉力全部提供为夹持力,无拉力损失,夹持力最大;同时,自动调节带间距,夹持牢固。根据土薯生物环境特性,设计了夹持轮、带轮、夹持带、张紧装置和导向装置等主要结构,并对各结构进行了分析,确定了主要结构参数。根据木薯块根拔起时的速度分解图,建立了块根拔起时的力学模型,且通过分析推导得到了夹持输送机构对块根的拔起力和对茎秆的夹持力计算公式。该研究对于快速拔出、输送薯块、减少薯块损失、降低伤薯率、提高挖拔式木薯收获机整机性能具有重要意义。     

基于土壤分层的木薯块根拔起系统动力学仿真模型

针对土壤采用整体建模方法建模,木薯块根拔起过程动力学仿真精度受限及耕作层表土材料建模参数测定困难的问题,采用物理试验、FEM和光滑粒子流体动力学方法 (Smoothed particle hydrodynamics,SPH)的耦合方法,建立土壤硬度测试系统动力学仿真模型,对木薯种植地耕作层土壤建模材料参数弹性模量进行了反求。同时,建立了基于土壤分层的木薯块根拔起系统动力学仿真模型,且和采用整体建模方法建立的木薯块根拔起系统动力学仿真模型进行了精度比较。结果表明:建模材料参数弹性模量的反求方法有效,基于土壤分层的木薯块根拔起系统动力学仿真模型精度高。     

木薯块根拔起输送过程的速度模型分析

为了分析挖拔式木薯收获机拔起木薯块根和输送木薯时,各速度和角度参数对整机运行的影响,优化设计木薯收获机及其夹持输送机构,针对4UMS-1型木薯收获机,通过建立夹持输送机构夹持单株木薯茎秆拔起输送速度模型,分析了使拔起和输送两个过程顺利衔接以及拔起时减少薯块损失的速度关系式、各关键运动学参数以及相互之间的关系、拔起方向和取值大小,并通过建立连续两株木薯夹持拔起速度模型,分析了不发生碰撞干涉的条件。根据速度模型,分析了各参数的关系式,利用数学方法,计算得出了夹持输送机构倾角的取值范围和夹持速度比满足的条件,确定了4个关键参数的最佳取值范围为α=30°、15°β20°、vt=3.2 m/s和1.17 m/svm≤1.39m/s。该结果对木薯收获机及其夹持输送机构的优化和改进设计具有重要参考意义和借鉴作用。     

木薯块根拔起机构仿真优化

针对广西大学设计的挖拔式木薯块根收获机拔起机构存在质量较大的问题,先采用ADAMS仿真软件,建立拔起机构的动力学仿真模型,通过动力学仿真,分析各主要部件的受力情况;后采用ANSYS软件及参数化优化方法,对各主要部件进行轻量化优化。结果表明:所建立的木薯收获拔起机构仿真模型精度较高,优化后块根拔起机构的前后直杆、花键轴及凸轮轴的质量分别减轻了81.6%、41.1%、51.3%、53.2%,达到了轻量化的优化目的。     

基于圆盘式切割器的木薯茎秆切割试验研究

以收获期木薯茎秆为研究对象,在自行研发的切割试验台上进行木薯茎秆切割试验,通过对刀片刃角、刀盘倾角、切割角、刀盘转速、机器前进速度等因素对最大切割力及功耗等指标进行单因素、多因素试验。试验结果表明:刀片数量对茎秆切割影响不大;最大切割力与刀片刃角、刀盘倾角、切割角、刀盘转速及机器前进速度相关;随着刀片刃角、切割角及机器前进速度的增大,最大切割力增大;随着刀盘倾角及刀盘转速的增大,最大切割力呈减小趋势。     

木薯形态及其收获起拔力分析

为了得到木薯机械化收获中的挖拔零部件的设计参数和木薯全株各种形态特征之间的关系,采用了实地田间抽样的调查统计方法,对木薯关键形态特征(全株重量、根块俯视投影面积,茎秆截面面积)进行了统计分析。以统计数据和相关公式计算为前提,进行数学建模,得出可靠的木薯块根的最大起拔力。结合木薯的主要形态特征和最大起拔力要求,可为挖拔式木薯收获机提供设计参考数据。     

基于UG对卧式杠杆木薯拔起装置的设计和运动仿真

目前,木薯的拔起工作大部分仍然采用手工方法进行,虽有大型的木薯采收装置,但不太适合于广东、广西、贵州等地区的丘陵地带,且大型设备的投入成本高,在农村地区的产品推广存在着很大的阻力。为了解决农民收获木薯过程中手工收获速度慢、容易伤手等问题,提出了一种卧式杠杆木薯拔起装置的机械,并在此之前申请了国家发明专利。运用UG对该机械进行设计及运动仿真,实现木薯拔起的机械化夹持与拔起,以降低木薯拔起的劳动强度,还能够提高木薯采收效率、木薯种植业的经济效益和产品化水平,满足木薯产业的增长需求。     

基于UG对卧式杠杆木薯拔起装置的有限元分析

目前,木薯的拔起工作大部分仍然采用手工方法进行,虽然有大型的木薯采收装置,但这些大型设备不太适合于广东、广西、贵州等地区的丘陵地带,且大型设备的投入成本高,对农村地区的产品推广产生了很大的阻力。为了解决农民收获木薯过程中手工收获速度慢、容易伤手等问题,设计了一种卧式杠杆木薯拔起装置的机械,并在此之前申请了国家发明专利。运用UG对该机械进行有限元分析,从而验证该装置的可行性,实现木薯拔起的机械化夹持与拔起,可降低木薯拔起的劳动强度,同时还能够提高木薯采收效率及木薯种植业的经济效益和产品化水平,满足木薯产业的增长需求。     

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。     

收获期木薯地耕作层土壤硬度的试验研究

采用田间物理测定和数理统计分析方法,测定了收获期木薯种植地耕作层不同深度的土壤硬度,建立了耕作层深度与土壤硬度的数学模型,分析了土层深度对土壤硬度的影响规律。结果表明:建立的木薯地耕作层土壤硬度与深度的数学模型精度高,硬度与深度基本上成3次方的非线性关系;采用盖膜方式种植的木薯地,其土壤硬度先随土层深度的增大而增大,后随土层深度的增大而缓慢增大或减小;不采用盖膜方式种植的木薯地,其土壤硬度先随土层深度的增大而减小,后随土层深度的增大而增大,最后又随土层深度的增大而减小。     

4UMS-1型木薯收获机的设计

针对目前木薯人工收获劳动强度大、生产效率低的现状,设计了4UMS-1型木薯收获机.该机以拖拉机作为动力,采用三点后悬挂方式,以三角形凸面挖掘铲作为起土部件,利用拖拉机输出的动力,经过锥齿轮和带轮传动装置将动力向后传递到夹持输送装置的带轮上,带动夹持轮一边拔起木薯块根,一边将其抬起向后输送一定高度,达到提升和分离土壤的目的.当薯块提升到薯根分离部位时,可通过机器后部的分离刀具实现薯根分离,整机可同时完成木薯挖掘和分离作业,以取代人工收获,提高生产效率.     

立轴式木薯茎秆粉碎还田机的研制与试验

针对木薯块根收获时同步高效处理木薯茎秆的要求,研制了一种前悬挂于拖拉机、以液压马达为动力的立轴式木薯茎秆粉碎还田机,分单立轴粉碎和双立轴粉碎两种机型,与后悬挂于拖拉机的木薯块根挖掘收获机配合,可实现木薯秸秆粉碎还田、木薯块根挖掘收获联合作业。通过田间作业试验,对比了两种机型的作业性能,表明该设计有一定的实用性,并指出了其技术改进方向。     

三种木薯收获机作业性能对比试验研究

针对柬埔寨木薯机械化收获问题,选用三台自行研发的木薯收获机在柬埔寨桔井省开展机械化收获作业对比试验,通过检测分析明薯率、断薯率、损失率、作业效率等指标可知,4UML-130型振动链式木薯收获机在收获作业过程中实现了前后振动式挖掘与上下波浪式振动筛分作用,使得木薯块根与土壤分离更加充分,筛分过程中实现了木薯块根的提升,降低了收获过程的挖掘阻力,实现了将木薯块根的挖掘和薯土分离一次完成的作业效果,从而提高了明薯率、降低了损失率。该机型在本次试验中作业质量最优,通过试验,初步探讨了适宜柬埔寨桔井省木薯种植区应用的木薯机械化收获技术。     

夹持式木薯削皮机设计与试验

目前,木薯主要靠人工去皮,劳动强度大、效率低,易造成木薯变质,为了克服这一阻碍,综合考虑相关机构的工作原理和结构设计,并结合木薯块根本身特点,研制了夹持式木薯削皮机。通过设计参数和要求对传动系统进行了设计,建立简化模型并结合相关理论对夹持机构和削皮机构进行了受力分析和计算,同时对削皮机的关键部件进行了静力学分析,以确保削皮机的稳定性和安全性达到设计要求。     

振动链式木薯挖掘收获机的性能试验与分析

针对湛江市木薯收获机械化需求,利用振动链式木薯挖掘收获机进行木薯块根挖掘收获作业试验,分析了收获机的结构特征与工作原理,评价了振动链式收获机的作业性能,对木薯挖掘收获机的技术推广提出工作建议。     

生物有机肥对食用木薯品质与产量的影响

【目的】研究不同生物有机肥水平处理对食用木薯的农艺性状、品质及产量的影响。【方法】以GR891、GR11、SC9食用木薯品种作为供试品种,使用湖南金叶众望生产的生物有机肥追肥,设置4个处理,测定块根膨大期的SPAD值,块根形成期与膨大期的光合速率、干物率及蛋白质、淀粉、可溶性糖含量等。【结果】有机肥可以促进植株增高,同时增加茎粗与薯数;增施生物有机肥可以显著增加食用木薯块根膨大期的SPAD值、块根形成期与膨大期的光合速率。此外,增施生物有机肥还影响食用木薯的干物率、蛋白质、淀粉、可溶性糖等指标,从而提升木薯品质,但是对粗纤维的影响比较小。【结论】合理使用生物有机肥追肥可以有效提升食用木薯的品质,并提高其产量。     

动边界同心环状缝隙流研究

为完善同心环状缝隙流理论,采用理论分析与模型试验相结合的方法,分析了圆柱体从静止到起动再到运行过程中同心环状缝隙流速的分布特点。得出圆柱体的速度、缝隙宽度以及流量对环状缝隙流的分布和大小的影响。环状缝隙流速随缝隙宽度的增大呈现先增大后减小的趋势,缝隙宽度约在2 cm附近时,缝隙流速最大;流量越大,环状缝隙流速就越大;圆柱体的速度越大,缝隙流速也越大;环状缝隙流速在与管内水流速度和圆柱体速度相交之前最大,相交之后最小。同时建立了动边界条件下的同心环状缝隙流数学模型,计算结果与试验基本一致,最大相对误差不超过8.5%,说明该数学模型可行。     

木薯清洗机滚筒内运动轨迹的分析

通过对木薯清洗机滚筒内运动轨迹的分析,建立了圆弧—抛物线运动轨迹方程;研究了木薯在清洗机滚筒内运动的最内层最小半径、最佳脱离角、最大降落高度、清洗系数及滚筒最佳速度等相关参数,以更加快速地清除木薯表面的泥土和须根,提高木薯清洗机的清洗效率。该研究可为进一步优化木薯清洗机,从而提高整个木薯工业化生产的效率提供了坚实的理论依据。