联合收获机底盘机架有限元模态分析与试验

针对联合收获机正常工作时的振动与噪音问题,为减少共振的发生,利用三维软件UG对沃得巨龙280型稻麦联合收获机底盘机架进行了参数化建模,采用NX Nastran模块求解出了底盘机架的模态频率和振型,并对底盘机架进行了模态试验,验证了理论分析的准确性。在分析了外部激振频率特点的基础上,为使底盘机架的固有频率避开外部激振频率范围,对机架进行了结构优化。结果表明:在底盘机架质量增加3.77%的条件下,机架的前4阶模态频率分别调整到21.70、36.61、43.64和46.33Hz,均避开了脱粒滚筒激振频率范围15～18.3Hz和发动机的激振频率范围38.3～41.7Hz,可以有效避免共振的产生。该研究为联合收获机底盘结构的设计与优化提供了参考。     

基于MBD-DEM耦合的联合收获机割台仿形机构设计与试验

为提高联合收获机割台仿形机构对田间地形变化感知的灵敏度和对田间地形仿形的准确度,该研究设计了一种主-副板压紧式割台仿形机构。基于对仿形机构的理论分析,以割台对副仿形板作用力、土壤对主仿形板作用力和土壤下陷距离为试验指标,以弹簧刚度系数、弹簧初始长度、副仿形板长度和主仿形板长度为因素,设计了二次回归通用旋转组合优化试验。运用粒子群优化算法确定各因素水平范围,基于多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）-离散元（Discrete Element Method, DEM）耦合方法进行仿真试验,建立了各因素与指标间的数学回归模型。对模型进行参数优化,得到最优参数组合为：弹簧刚度系数464 N/m,弹簧初始长度90 mm,副仿形板长度484 mm,主仿形板长度450 mm。主、副仿形板宽度200 mm,材料为301不锈钢,弹簧材料为碳素弹簧钢丝,直径2 mm,外径20 mm,有效圈数45圈。田间试验结果表明：割台对副仿形板作用力均大于0,表明仿形机构始终处于正常工作状态,土壤对主仿形板平均作用力分别为85.23、85.80和86.08 N,与预测值基本一致,表明仿形机构感知地形变化较灵敏,对应的土壤平均下陷距离分别为5.4、7.1和6.4 mm,均小于10 mm,表明仿形机构对田间地形仿形准确度较高,参数设计合理。研究结果可为联合收获机割台仿形系统设计提供参考。     

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40～0.85 hm²/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。     

新疆-X联合收获机CAD系统中割台三维参数化模型的建立与研究

新疆联合机械有限责任公司生产的“新疆-X”型联合收获机是新疆的名牌产品,且于1995年被列为国家重点新产品。为了适应市场需求,缩短系列化新产品的开发周期,大幅度提高劳动生产率,利用CAD中的三维参数化技术是一种有效的手段。要实现参数化设计,参数化模型的建立是关键。该文以新疆-X联合收获机为例,以割台的设计过程为依据,抽取设计过程中关键因素,从设计的角度建立了其割台的三维参数化实体模型（该模型经过部分修改可成为其他类型割台的模型）是实现割台部分参数化设计的理论基础。     

油葵收获机拨禾板式割台装置研制

针对目前油葵机械化收获存在缺少专用机械设备、籽粒损失率和破损率均较高、收获设备工作性能不可靠等问题,该研究设计了油葵联合收获机拨禾板式割台装置并介绍其结构与工作原理,建立拨禾齿的运动模型,分析拨禾机构运动特性并获取拨禾齿端点的运动轨迹。通过对拨禾齿端点运动轨迹仿真,分析拨禾板转速、机具前进速度与拨禾板圆周数量之间的变化关系;利用MATLAB软件编写程序,仿真获取相邻两拨禾齿端点的运动轨迹曲线,解决拨禾齿运动参数不合理、籽粒碰撞损失较高的难题。割台性能试验结果表明,当割台倾斜角度25°、绞龙转速150 r/min、拨禾板与导板距离170 mm时,油葵花盘损失率为2.04%。进一步通过田间油葵收获正交试验和参数优化,分析油葵收获机前进速度、拨禾板转速、茎秆留茬高度的不同组合对油葵籽粒损失率及破损率的影响,利用Design-Expert获取最优参数组合。结果表明,当油葵收获机前进速度1.2 m/s、拨禾板转速240 r/min、茎秆留茬高度570 mm时,油葵籽粒损失率与破损率分别为1.90%和0.65%。研究结果可为提高油葵联合收获机的作业性能、油葵收获机的结构设计和参数优化提供参考。     

轮式刚柔耦合减损玉米摘穗割台的设计与参数优化

为解决玉米收获机械摘穗割台籽粒损失率高的问题,该文提出利用刚柔耦合原理进行割台减损的方法。通过对摘穗过程中的果穗和籽粒进行受力分析,理论计算果穗的碰撞过程,确定改变摘穗接触部件的结构和材料,以降低籽粒损失;设计了轮式刚柔耦合减损摘穗装置,对摘穗轮进行了受力分析,依据受力分析结果及尺寸边界条件确定了摘穗轮、支架及缓冲弹簧的结构尺寸;在拉茎辊转速、摘穗轮半径、柔性体厚度三因素下,进行了三因素三水平Box-Behnken响应曲面分析法的试验设计;通过试验建立了籽粒损失率与三因素的回归数学模型,确定轮式刚柔耦合摘穗机构最优参数为:拉茎辊转速700 r/min,摘穗轮半径15 mm,柔性体厚度4 mm;在籽粒含水率为21.8%、16.7%和13.4%下,进行了轮式刚柔耦合摘穗机构和板式摘穗机构的对比试验,籽粒损失率分别降低了53.4%、48.6%和47.0%。该研究为改进玉米收获机械割台提供了理论依据和设计参考。     

割前脱联合收获机吸运风机降耗

为了降低气吸式4ZTL-1800割前摘脱稻（麦）联合收获机吸运风机的能耗,利用拉格朗日法的离散相模型对风机内杂余物料的运动进行了数值计算,得到了颖壳、短茎秆在风机内的运动规律,物料在风机内叶轮的带动下沿轴向和径向进行运动且速度逐渐增加,当运动到蜗壳时,运动方向发生改变且速度降低,且绝大部分杂余物料沿风机出口的上壁排出。气流携带物料及物料的逆流运动消耗一部分风机的能量。且噪声是能耗的一部分,结合数值计算结果进行试验研究,在风机出口布置吸声材料,使风机的噪声降低。该研究为降低风机的能耗提供参考依据。     

基于模态分析的联合收获机籽粒损失监测传感器结构优化与试验

为了分析籽粒损失监测传感器敏感板结构对籽粒碰撞信号的影响,该文通过ANSYS软件对籽粒损失监测传感器不同结构形式的敏感板进行模态分析,研究了敏感板振动特性与籽粒损失监测传感器检测性能之间的关系,并在实验室内进行了籽粒碰撞试验。试验结果表明,一阶固有频率p越高,信号衰减时间t越短;相对变形率越大,籽粒损失监测传感器整体灵敏度越高;在敏感板长度l=150mm、宽度b=40mm、厚度h=1.0mm时籽粒损失监测传感器的检测频率和整体灵敏度较高;以20～120粒/s的籽粒流量对此结构形式下的籽粒损失监测传感器进行检测误差试验,最大检测误差为2.7%。在自制的标定试验台上利用饱满水稻籽粒、不饱满水稻籽粒、不同长度茎秆组成的混合物料对该籽粒损失监测传感器进行标定,结果表明,该籽粒损失监测传感器能从混合物料中有效地识别出饱满籽粒,最大检测误差为2.3%,该文的研究对提高籽粒损失监测传感器的检测频率和测量精度具有重要意义。     

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场分析与优化

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场对筛面风速分布和清选效果具有显著影响。该研究以雷沃重工RG-60型联合收获机为研究对象,通过田间试验测试了清选装置上筛面风速分布情况,结果表明上筛面右侧的风速大于左侧,风速分布均匀性差,造成振动筛左侧的脱出混合物堆积现象,不利于清选作业。为解决上述问题,对清选装置内部脱出混合物的受力和运动速度进行分析,利用Hyper Works软件对清选装置内部的风速分布进行仿真,结果表明风机前出风口和尾筛中部的风速最大值为8.6 m/s,筛面右侧风速偏大,左右两侧风速平均差值为2.6 m/s,试验和仿真结果的各测点风速变化规律一致。对清选装置的结构进行仿真优化,并进行优化后联合收获机田间试验,结果表明当清选装置右侧挡风板逆时针转动30°时上筛面风速分布最均匀,风速最大值为8.7 m/s;左右两侧流场对称分布,筛面各测点的风速比优化前平均提高2 m/s;小麦籽粒损失率为0.89%,含杂率为0.37%;水稻籽粒损失率为1.85%,含杂率为0.51%,清选效果良好。研究结果为单纵轴流收获机清选装置结构设计提供了参考。     

玉米收获机割台振动特性及其主要影响因素分析

针对收获机械割台振动剧烈、故障率较高等问题,研究了割台动态振动特性及其影响规律。以4YZP-3XH-1型玉米联合收获机割台为研究对象,首先建立了割台机架有限元模型并计算其自由模态,研究了割台模态试验方法,利用特征实现算法识别其模态参数;其次,利用模态试验验证了有限元模型的准确性和可靠性,在此基础上,计算获取割台机架的约束模态;再次,利用时域和频域方法分析振动时域信号,获得怠速、运输和田间收获工况割台的振幅分布特征、主振方向和频率分布规律;最后,研究了割台振动的影响因素及其振动主频与模态参数之间的对应关系,指出了振动频率激起模态振型的规律。研究结果表明,割台机架第1阶试验模态频率为27.260 Hz,第2~10阶模态频率范围为34.311~126.035 Hz,模态振型以弯曲振型和扭转振型为主,割台主轴(28.77 Hz)、切碎刀(29.63 Hz)、还田机(43 Hz)等工作频率均落入其前10阶约束模态频率内;在怠速、运输和田间收获作业工况下,工作部件运行工况相较于仅发动机工作,2种模式下割台振幅相差1个数量级;引起割台振动的主要因素为:发动机的2阶发火频率(76.25 Hz),割台主轴、切碎刀、搅龙、拨禾链、还田机等工作部件的耦合振动,以及道路激励(1.5、2.5 Hz)。对比割台约束模态与振动频率,发动机2阶发火频率引起割台弯扭组合振型,道路激励引起整体振动,割台主轴(28.77 Hz)和切碎刀(29.63 Hz)振动频率激起割台机架的一阶弯曲振型,还田机(43 Hz)振动频率激起割台的扭转振型。研究结果可为收获机械割台模态试验与振动特性分析、对标设计和优化提供参考。     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。     

联合收割机行走半轴载荷测试系统构建与性能试验

为了给联合收割机行走半轴载荷谱的编制提供真实全面的载荷—时间历程,需要准确获取联合收割机行走半轴在典型作业工况下的载荷信号。该文在分析联合收割机工况特点和行走底盘结构特点的基础上,基于无线传感测试技术,通过选用合理的扭矩、转速传感器和数据采集系统,构建了一种联合收割机行走半轴扭矩和转速无线测试系统,并以沃得巨龙280型履带式联合收割机为样机搭载该系统,并进行了载荷测试性能试验,分析了该样机行走半轴在不同路面起步、直行、转弯时的扭矩和转速,确定了载荷测试性能的稳定性和可靠性。试验结果表明,该载荷测试系统方案合理、技术可行,所获数据稳定可靠。     

单垄单行甘薯联合收获机薯秧分离机构设计与参数优化

针对中国甘薯联合收获机作业薯秧分离机构分离不彻底、甘薯损伤数量多、茎秆缠绕机具部件等亟待解决的问题,该文基于自走式甘薯联合收获机设计了一种结构简单、摘净率高、伤薯率低以及防茎秆缠绕的薯秧分离机构。根据设计计算确定了分离机构结构参数,其中挖掘输送装置总长度为2050mm,水平倾角为24°;主动轴和摘辊半径分别为18、36 mm;输送装置下层杆条与摘辊间距为27 mm,最上端与摘辊之间距离为251 mm。经过理论分析明确了甘薯的运动特性及其影响作业质量的主要工作参数机具前进速度、主动轴转速、输送装置水平倾角。通过薯秧分离试验发现在甘薯收获期薯秧分离力与其含水率变化规律符合二次函数关系,进一步开展田间试验借助Box-BenhnKen的中心组合设计方法选取主要工作参数对摘净率和损伤率的影响并作试验设计,以此为基础开展三因素三水平一次回归正交试验。在DESIGNEXPERT中使用响应曲面法分析各因素对摘净率和损伤率影响效应并对回归模型的参数进行优化。当田间试验取最优参数组合机具前进速度1.2 m/s、主动轴转速895 r/min、输送装置水平倾角24°时,摘净率和损伤率分别为98.14%、2.76%,分离效果满足甘薯收获要求。该研究也为其他土下果实联合收获作业果秧分离机构提供思路。     

联合收割机行走底盘变速箱齿轮的疲劳分析

为预测联合收割机行走底盘变速箱齿轮的失效部位及使用寿命,采用SolidWorks软件建立了联合收割机行走底盘变速箱输入齿轮副的三维有限元模型,并模拟实际工作情况进行齿轮传动加载。根据齿轮面－面接触力学模型,分析了齿轮副在载荷作用下的力学特性,计算得到齿轮的齿面范·米塞斯（Von Mises）应力、位移及应变分布状况,其最大范·米塞斯应力约为394.16 MPa,小于材料的屈服极限,轮齿根部不会发生齿根断裂。基于Simulation模块中定义的S-N曲线对齿轮进行了疲劳分析,运用威尔布分布描述疲劳失效的概率,预测了当齿轮的工作寿命为500 h时齿轮的失效概率为93.96%。在自制的变速箱疲劳试验台上进行了疲劳性能试验,结果表明输入主动齿轮在工作500 h后齿面磨损非常严重。齿面点蚀主要集中在齿面的中部区域,齿轮完全失效,与理论分析基本吻合。     

4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机的设计

为提高玉米茎秆青贮作业效率、减少作业环节和人工消耗,在现有玉米收获和茎秆青贮机械化技术的基础上,对相应工作单元进行了改进设计和优化组合,开发了4YQK-2型茎秆青贮打捆玉米收获机。它主要由穗茎兼收割台、碎茎秆抛送器、打捆装置、喂料与送绳控制系统等组成,能够同时完成玉米果穗的收获,茎秆收集、切碎、输送、打捆等多项作业,实现了功能集成和运动相位的准确耦合。穗茎兼收割台采用纵向切刀,切碎并抛送茎秆,利用二级搅龙输运碎茎秆,结构简单;喂料与送绳控制系统采用机电一体化技术,可完成对打捆装置喂料与送绳过程的自动控制。试验表明：该收获机工作安全可靠,茎秆切碎、破节及打捆效果理想,能够满足玉米茎秆青贮工艺的要求。     

4LZG-3.0型谷子联合收获机的设计与试验

针对谷子机械化收获难、损失大的问题,研究设计了4LZG-3.0型谷子联合收获机。该文描述了机器的总体设计方案,并对割台、输送装置、脱粒装置、清选装置等进行了设计,确定了其关键参数。该机配套动力55 k W,工作幅宽为2 000 mm,生产率为0.23~0.45 hm2/h;可一次完成谷子切割、输送、脱粒、清选、集粮、碎谷码回收等作业,具有喂入量大、割台损失少、脱净率高、夹带损失率小、脱出物中含杂率少等特点。田间性能检测和试验考核表明:机器性能稳定,作业顺畅,主要指标为喂入量3~3.3 kg/s;总损失率6.86%~6.89%;含杂率1.6%~1.8%;破碎率1.3%~1.4%;可靠性系数≥95%,均达到或超过设计技术指标。该研究有效降低了割台损失,大幅减少了脱粒、清选损失,为提高谷子机械化收获水平提供了参考。     

切纵流联合收获机小麦喂入量预测的试验研究

为及时获知切纵流联合收获机在田间收获时的喂入量,该文将切纵流联合收获机的切纵流脱粒分离装置在室内建成切纵流脱粒分离试验台并进行喂入量为1～8kg/s的小麦脱分性能试验,通过采集切流滚筒,喂入轮和纵轴流滚筒的脱分功耗,对切纵流脱粒分离装置脱分功耗进行分析,推导出喂入量与纵轴流滚筒净脱分功耗之间的关系,并用采集小麦随机喂入量脱分功耗的方法对切纵流脱粒分离试验装置的喂入量进行预测验证。结果表明,利用纵轴流滚筒净脱分功耗可以较准确的预测切纵流联合收获机在小麦收获中的喂入量,在喂入量≤6kg/s时,预测误差≤0.89%;喂入量在7～8kg/s时,预测误差在1.02%～1.42%之间。     

履带式全喂入水稻联合收获机振动测试与分析

针对国产履带式全喂入水稻联合收获机整机振动大、无故障工作时间短、可靠性差等问题,以沃得巨龙280型联合收获机为研究对象,在发动机空载、整机空载和田间收获等5种工况下,采用DH5902动态信号分析系统对整机多点振动情况进行了测试与分析,得到了8个测点的时域特性和频谱特性的分布规律。试验结果表明:发动机的上下振动、振动筛的前后运动和切割器的左右运动是形成水稻联合收获机整机振动的主要原因,而输送槽、风机和脱粒滚筒等部件的回转运动为次要原因。整机全油门空载工况下发动机引起的振动频率为71.78 Hz,振动筛、切割器、风机、脱粒滚筒I和脱粒滚筒II引起的激振频率分别为6.35、8.79、19.04、12.70和23.44 Hz,驾驶座椅的减振结构需进一步优化。研究结果为改善履带式全喂入水稻联合收获机的驾驶舒适性,提高其工作可靠性提供参考。