光刃刀片切割甘蔗茎秆破坏过程高速摄像分析

在自制的单圆盘根切器试验台上,利用高速摄像机拍摄了甘蔗茎秆在光刃刀片切割时的破坏过程。分别对一刀切割和两刀切割模式下,发生根茬"无破损"、"蔗皮破损"、"劈裂破损"和"爆裂破损"的破坏过程进行了研究,分析了切割速度和切割方式对各种破坏模式的影响。结果表明:切割过程中甘蔗茎秆的破坏主要表现为在切割过程后期造成的蔗皮、蔗芯撕裂或劈裂;两刀切割时,甘蔗茎秆在被第1刀切割过程中发生扭转变形,甘蔗上段蔗皮、蔗芯撕裂严重,而根茬部分的破损较一刀切割时轻微;在本文试验条件下,采用光刃刀片切割时,刀片线速度应大于22m/s,以满足收割机对根茬切割质量的要求。     

基于断裂力学的甘蔗切割裂纹应力强度因子分析

甘蔗属于一年生或多年生宿根热带和亚热带草本植物,宿根切割质量对于甘蔗来年的长势有重要影响。本文探究甘蔗茎秆的切割机理并基于断裂力学理论研究甘蔗裂纹的起裂与扩展过程,为提高宿根切割质量提供理论基础。基于根切器与茎秆的相互作用关系,构建刀具切割茎秆的力学模型,探究切割力等影响因素并基于高速摄像技术观察茎秆切割过程;发现影响切割性能(弯矩、切割力等)的因素主要与甘蔗茎秆及根切器的机械力学特性(直径、密度及茎秆倾斜角度等)、根切器的运动参数(切割频率、切割深度)以及土壤情况等因素有关。高速摄像试验结果表明,多刀切割会增加甘蔗宿根破头、拔根的概率,其由于在一刀切割完成后,茎秆产生凹坑、裂纹等缺陷,在茎秆自身重力及外载的作用下缺陷发生扩展,导致宿根发生破坏。基于断裂力学理论从茎秆内部裂纹入手,分析裂纹起裂条件和影响断裂角的因素并探究裂纹参数对于裂纹尖端应力强度因子以及扩展量的影响。研究结果表明：裂纹角度及数量的改变导致裂纹的开裂类型为复合型裂纹,其中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为主要开裂类型;应力强度因子随裂纹角度的改变有较大的波动以及裂纹开裂方向和扩展量的变化是由于裂纹角度的改变影响了最大主应力与裂纹扩展面...     

甘蔗茎秆切割机理研究

甘蔗是我国主要经济作物之一,甘蔗收获机割茬不齐、破头率高、切割损失大,严重地影响了甘蔗收获机的性能和推广应用.为此,综述了国内外在甘蔗茎秆物理力学特性、切割器、刀片及切割理论等方面的研究成果,提出了结合甘蔗茎秆材料特点和物理力学特性来研究其切割机理,将更具有科学性.结果表明,计算机仿真技术是研究甘蔗茎秆切割机理的有效手段.     

甘蔗收割机单圆盘根切器虚拟样机研究

为了研究收割机单圆盘根切器运动、几何参数对甘蔗切割质量、收获损失的影响,使用ObjectARX在AutoCAD平台上建立根切器虚拟样机,对其工作过程进行了研究。研究表明:切割过程中存在多刀切割和重复切割甘蔗现象,该现象通过高速摄影试验得到了验证。给出了甘蔗受到多刀切割和重复切割刀数的计算公式,出现多于两刀切割的现象主要是由于刀盘转速、收获机前进速度和刀片数之间的匹配问题,是可以避免的。刀片安装角度影响刀片切入甘蔗所经历的路程,并且相当于改变了实际切入甘蔗的刀片厚度。甘蔗和根切器的相对位置影响根茬与刀片之间的作用力。     

免耕圆盘刀破茬过程运动特性研究

免耕播种机被动防堵常采用圆盘刀来破茬,使得机具结构简单,减少了动土量,不破坏垄形。圆盘刀破茬过程中的运动特性对破茬装置作业性能具有重要影响。为此,建立了圆盘刀刀刃切割根茬部分的弧长方程,得出刀刃切割根茬弧长的变化规律,分析了圆盘刀半径和入土深度对破茬时间的影响,研究了圆盘刀滑移对破茬速度的影响,并对圆盘刀横向运动位移和速度的影响因素进行了探讨。该研究可为圆盘刀及免耕播种机的设计和应用提供参考。     

甘蔗收割机配对刀片相对位置对切口的影响

切段式甘蔗收割机切段刀辊切割甘蔗过程中出现的碎屑和切口爆裂等问题,会造成甘蔗质量损失、蔗汁流失和产生较多的葡聚糖,增加甘蔗收获田间损失和制糖成本。为此,以切割甘蔗过程中切段刀辊配对刀片之间的位置关系对切割质量的影响为研究对象,利用仿真软件对配对刀片切入甘蔗的过程进行了仿真,用高速摄相机在1 280×800分辨率下以2 000fps速率记录了刀片切入甘蔗过程。对切入过程中甘蔗不同的状态进行了力学分析,研究了配对刀片的刃口间距对切割过程中碎屑的产生和切口端面轴向高度差的影响。结果表明:配对刀片切入甘蔗过程中,上刀片先切入甘蔗,下刀片随后切入,在切断甘蔗的过程中有碎屑产生;试验条件下,甘蔗直径对切口质量有影响,刃口间距为6mm时蔗段切口质量最佳,单位切口损失量为0.23g,切口端面轴向高度差为8.2mm。本研究成果对调整切段刀辊刀片具有一定指导意义。     

甘蔗收割机前进速度与切割器转速的匹配

甘蔗收割机的前进速度与根部切割器转速的匹配是确保收割机工作效率和切割质量的先决条件,同时也是确定甘蔗收割机各执行机构工作参数及其动力传动系统设计的重要理论依据之一。以华南农业大学自主研制的4ZZX-48型整秆式甘蔗收割机为研究对象,根据甘蔗的切割机理、圆盘切割器不漏割的条件和避免多刀切割的条件,分析收割机在收获过程中前进速度与切割器转速的相互匹配关系,并对甘蔗收割机的具体结构参数进行了计算和大田观察试验验证。结果表明:在保证根茬切割面质量(切割器转速大于500r/min)的条件下,收割机前进速度较快时,切割器的转速也应相应地较快,才能避免或减少多刀切割和漏割现象。     

甘蔗收获切割系统动力学仿真模型

由于缺少考虑根土因素影响,目前甘蔗收获切割系统动力学仿真模型精度较低。为此,首先以4GZQ-260型甘蔗收获机切割器为研究对象,通过光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics)和有限元方法(Finite Element Method)的耦合方法,建立甘蔗茎秆-根系-土壤-切割器系统动力学仿真模型,通过对茎秆-根系-土壤系统和茎秆-切割器系统动力学仿真模型进行试验,验证所建立的收获切割系统仿真模型建模方法的合理性。结果表明:建立的甘蔗茎秆-根系-土壤-切割器系统动力学仿真模型精度较高,该系统构建方法可用于甘蔗收获切割的动力学仿真研究。     

甘蔗人工砍切过程的仿真方法探讨

甘蔗根部切割质量直接关系到收获过程中的损失和宿根质量。机械化收获甘蔗普遍存在割茬不齐、破头率高、收获损失大等问题，而人工砍蔗切割质量好，甘蔗损失小。为了研究人工砍蔗的机理，运用高速摄影技术，对人工砍蔗过程进行了分析研究，并仿照人工砍蔗过程建立了摆锤切割试验台，为进一步改进根切器的设计提供了依据。     

联合收割机常见堵塞故障的原因分新与排除

一、割刀堵塞 故障原因：①割刀往复运动速度低,切割力小,造成禾秆不易被切断;（④割刀遇到石块、木棍、钢丝等硬物卡住;③动、定刀片切割间隙过大引起切割夹草;（多护刃器或刀片变形或损坏;⑤因作物茎秆低而引起割茬低使刀梁上拥土。     

侧悬挂推倒式整秆甘蔗收获机设计与试验

为了解决严重倒伏甘蔗的收获,设计了一种侧悬挂推倒式整秆甘蔗收获机。该机可连续完成分蔗、推倒、切割、输送和集堆铺放等工序的作业。前进速度0.5m/s时,其生产率为0.2hm2/h。田间试验表明：甘蔗宿根破头率为11.3%,甘蔗出现表皮破损和折断,折断率为33.33%。     

秸秆与根茬粉碎还田联合作业工艺及配套机具

研究了秸秆-根茬粉碎还田联合作业工艺,并对秸秆-根茬粉碎还田联合作业机的总体配置及传动系统的设计特点进行了阐述.试验表明,秸秆-根茬粉碎还田联合作业工艺及配套机具能满足保护性耕作农艺要求,具有先进、实用、可行的特点.     

甘蔗收割机单圆盘切割器运动学分析

通过单圆盘切割器运动方程，结合甘蔗收割要求，建立单圆盘切割器不漏割以及刀盘与甘蔗不接触的一般条件式，并对不漏割最大速比与切割器结构参数和运动参数，不接触最大速比与甘蔗相对刀盘位置和甘蔗几何参数之间的关系进行分析，为甘蔗收割机切割器结构参数和运动参数设计提供依据。     

甘蔗叶鞘在弹性剥叶元件作用下破坏高速摄影分析

为了研究整秆式甘蔗联合收获机剥叶过程甘蔗叶鞘在弹性剥叶元件作用下的破坏机理,研制了甘蔗剥叶试验台,利用高速摄像机拍摄了蔗叶的破坏过程,并对图像进行分析。结果表明,甘蔗叶鞘在弹性剥叶元件作用下的主要破坏形式有叶鞘脱落、叶鞘撕裂和叶鞘与茎秆分离。通过建立弹性剥叶元件作用于叶鞘的简化力学模型,结合叶鞘的力学特性分析了蔗叶在弹性剥叶元件作用下的破坏机理。弹性剥叶元件对叶鞘施加的力是破坏叶鞘的主要作用力。叶鞘不同的破坏形式与叶鞘的生长性状和力学特性有关,含水率低于20%干叶鞘的主要破坏形式为叶鞘脱落,含水率为20%~50%的湿叶鞘的主要破坏形式为叶鞘撕裂,含水率大于50%的青叶鞘的主要破坏形式为叶鞘与茎秆分离。     

弹性齿对甘蔗茎秆的动态打击力与叶鞘剥离机理研究

为研究弹性齿式剥叶元件的叶鞘剥离机理,进行了弹性齿对甘蔗茎秆的动态打击力试验。设计专用试验台固定甘蔗茎秆的两端,并在固定组件的3个方向安装单向压电型冲击力传感器,剥叶滚筒带动弹性齿在茎秆中部施加打击力,传感器测得纵向、横向和切向动态打击力并得出最大值Fxmax、Fymax和Fzmax。对剥叶滚筒转速、弹性齿与甘蔗茎秆交错深度、侧偏距离和弹性齿材料等4个变量进行单因素试验。分析各因素对打击力的影响规律,得出在样机剥叶试验的最优参数组合下三向动态打击力的最大值。结合叶鞘材料力学特性和剥离准则模型,推导叶鞘的最大破坏力公式,建立叶鞘剥离的力学模型。结果表明,滚筒转速达到700 r/min、交错深度为30 mm、侧偏距离为20 mm、弹性齿材料为聚氨酯(85 HA)时,弹性齿在x和y方向最大打击力Fxmax、Fymax分别为93.87 N和138.26 N,同时大于叶鞘在相应方向的最大破坏力76.40 N和53.53 N,实现叶鞘剥离。     

连续回转式甘蔗收割机集堆机构设计与试验

集堆是整秆式甘蔗收割机的重要作业工序之一,集堆性能影响到收割机作业质量。本文在分析现有的几种甘蔗收割机集堆机构的基础上,设计了一种连续回转式集堆机构,并试制了样机。田间试验结果表明,该机构能够有效实现甘蔗集堆功能,达到了设计要求。     

甘蔗茎秆切割力的计算

利用弹性理论,采用双梁模型对甘蔗茎秆材料的切割进行了理论建模,并得出了蔗材切割力的理论计算公式。以单向复合材料为甘蔗茎秆的材料模型,分析了影响切割力的因素,建立了甘蔗材料单位切割力的经验公式。通过对甘蔗切割力试验数据的分析,得出本文试验条件下的甘蔗茎秆切割力经验公式,并通过试验对该经验公式进行了验证。     

甘蔗去皮与切断特性试验

以湖北省仙桃市产青皮甘蔗为试验材料,利用自制的刃口为15°的刀片和夹具在微机控制电子万能试验机上对青皮甘蔗茎秆节间和节点处去皮及切断特性进行了试验研究.试验结果表明:在对甘蔗茎秆的节间进行去皮时,刀片载荷呈现先增加后降低的变化趋势;在对甘蔗茎秆的节点进行去皮时,刀片载荷呈现先增加后降低再增加后降低的变化趋势;对甘蔗茎秆的节间和节点进行切断试验时,刀片载荷均呈增加的变化趋势.