基于离散元的马铃薯收获机波浪形筛面参数优化与试验

针对分段式马铃薯收获机薯土分离环节伤薯率和破皮率较高的问题,在适应国内北方种植模式和农艺特点的条件下,对分离筛后半段采用波浪形筛面薯土减损分离的结构进行优化。在分析影响碎土分离过程和薯块运动特征的关键因素的基础上,基于构建的离散元土块和薯块模型,明晰了不同波浪形筛面结构参数和运行参数对碎土分离过程和薯块碰撞特征的影响;同时,结合实际工况,验证波浪形筛面薯土分离减损形式的结构合理性和可行性,确定采用振动与波浪形双重分离形式,以期实现较佳的薯土分离和减损效果。试验表明：在2个波峰、2个波谷同等分离行程条件下,波浪形筛面倾角较大时适宜较小的分离筛运行速度,较优的参数组合为波浪形筛面倾角35°、分离筛运行速度1.0m/s,此时伤薯率和破皮率分别为1.31%和1.44%;波浪形筛面倾角较小时适宜较大的分离筛运行速度,较优的参数组合为波浪形筛面倾角15°、分离筛运行速度2.0m/s,此时伤薯率和破皮率分别为1.46%和1.67%,相关测试指标能够满足作业需求。     

摆动分离筛参数对马铃薯运动特性的影响

摆动分离筛上马铃薯的运动特性直接影响着分离筛性能,而关于摆动分离筛上马铃薯运动特性的研究中存在着研究内容不全面、对马铃薯运动特性参数的变化规律解析不深入等问题。为此,以曲柄转速、筛面倾角和机器前进速度为试验因素,以分离筛上马铃薯绝对运动速度和抛离筛面的最大高度为运动特性指标,利用高速摄像机实时拍摄不同分离筛参数时无土和有土筛面上马铃薯相对分离筛的运动影像,通过回放影像分析马铃薯运动特性指标随分离筛参数的变化规律,并与理论分析结果对比,明确马铃薯运动特性参数产生变化的原因。结果表明:马铃薯绝对运动速度和抛离筛面最大高度的理论值和试验值均随着曲柄转速和筛面倾角的增大而增大,马铃薯绝对运动速度和抛离筛面最大高度的试验值随着机器前进速度的增大而减小;不同曲柄转速和筛面倾角时,无土筛面上马铃薯绝对运动速度和抛离筛面最大高度的试验值大于有土筛面上马铃薯绝对运动速度和抛离筛面最大高度的试验值。研究结果可为深入剖析分离筛性能随分离筛参数的变化规律提供参考依据。     

基于离散元法的马铃薯在摆动筛面运动特性研究

为探明马铃薯在筛面的运动规律,采用3D扫描建立不规则形状马铃薯的三维建模,采用离散元仿真分析软件模拟马铃薯在摆动分离筛面的运动状态,并选择摆分离筛曲柄半径为35 mm、摆动方向角为16.8°,在不同曲柄摆动频率和筛面倾角进行模拟试验。同时,分析筛面倾角及摆动频率变化对马铃薯运动速度的影响规律,得到马铃薯在筛面运动速度变化规律及拟合方程,为进一步分析薯土混合物的分离机理和筛体结构优化提供理论参考。     

板蓝根收获机组合筛面摆动式根土分离装置设计与试验

针对板蓝根收获机作业根土分离率低、根茎伤损率高等问题,设计了组合摆动式板蓝根根土分离装置,阐述了该机整体结构及工作原理。结合板蓝根种植模式及板蓝根收获机的作业要求,通过对筛分过程中组合式筛面根土复合体的动力学分析,确定了影响根土分离效果的主要因素及其取值范围。以根土分离率和根茎伤损率为评价指标,以筛面倾角、曲柄转速、曲柄半径为试验因素,进行二次回归正交旋转组合试验,建立了试验因素与评价指标之间的回归模型,分析了试验因素对评价指标的影响,对组合摆动式板蓝根根土分离装置的结构与工作参数进行优化,结果表明,在筛面倾角为14.94°、曲柄转速为440 r/min、曲柄半径为19.95 mm时,模型得到的根土分离率为97.19%,根茎伤损率为2.66%。对优化后的数据在相同条件下进行田间验证试验,结果表明,根土分离率为96.09%,根茎伤损率为2.75%,满足板蓝根根土分离要求。在相同条件下进行田间对比试验,结果表明,筛条-筛板组合式筛面根土分离性能优于全筛条式筛面和全筛板式筛面。     

多级分离缓冲马铃薯收获机设计与试验

针对云南山地黏土条件下马铃薯机械化收获分离效果差、明薯率低、伤薯率和破皮率较高等问题,采用多级分离振动、多重缓冲和低位侧铺的方式,设计了一种多级分离缓冲马铃薯收获机。在阐述机具整体结构及工作原理的基础上,通过理论计算确定了挖掘装置、多级分离缓冲装置、主动振动装置等主要关键部件的结构参数;建立抛送分离阶段薯土运动模型,获取微波浪形薯土分离相关技术特征;建立马铃薯筛面滑动模型,对薯块的运动特性进行理论分析,得出薯块顺流、回流的运动规律;分析土块在输送分离过程中的碰撞特性,确定了影响分离破碎效果的因素。以含杂率和土壤覆盖度为试验指标,采用二次旋转正交组合试验设计方法进行了空载试验,并利用高速摄影和三轴姿态传感器实时获取分离筛上土壤的分布状态和运动规律,结果表明,分离筛最佳工作参数组合为:一级分离筛线速度1.42 m/s、二级分离筛线速度2.2 m/s、侧输出线速度1 m/s,此时土壤覆盖度69.11%,含杂率2.56%。在分离筛最佳工作参数组合下,以明薯率、破皮率和伤薯率为试验指标进行了田间收获试验,结果表明:当工作速度1.05 m/s、挖掘深度180 mm、振动强度Ⅱ级、筛面倾角22°时,明薯率为99.1%、破皮率为1.41%、伤薯率为1.32%,各项性能指标均符合国家行业标准要求。     

单行牵引式马铃薯收获机摆动筛仿真优化分析

针对现有单行牵引式马铃薯收获机伤薯率高、明薯率低等问题,提出摆动分离筛优化的关键变量,并使用三维实体建模软件对小型马铃薯收获机零部件进行参数化建模,确立曲柄半径与转速对筛分性能影响的目标函数。同时,运用ADAMS对摆动分离筛虚拟样机模型进行动态仿真分析,完成摆动分离筛筛分性能关键参数的优化。     

拨辊推送式马铃薯收获机设计与试验

针对杆条输送链式小型马铃薯收获机存在果土分离效果差、明薯率低、破皮率较高等问题,设计了一种拨辊推送式马铃薯收获机。对该收获机推送式输送分离装置的作业机理进行了研究,分析确定了输送分离装置的结构和工作参数。以机组作业速度、拨辊转速、拨辊组提升高度为试验因素,明薯率、破皮率为试验指标进行三因素二次正交旋转组合试验,运用DPS数据处理软件进行回归方程显著性分析,优化得出最佳因素组合为:机组作业速度1.0 m/s,拨辊转速60 r/min,拨辊组提升高度150 mm,明薯率为99.01%,破皮率为1.24%。与普通输送分离装置对比试验结果表明:拨辊推送式马铃薯收获机在提高明薯率方面效果明显,在降低破皮率方面略有改善。     

TRIZ辅助马铃薯收获机薯土分离输送装置创新设计

针对马铃薯收获机薯土分离输送装置存在薯土分离不充分、伤薯率高等问题,应用TRIZ理论对薯土分离输送装置进行创新设计;基于系统功能分析识别薯土分离输送装置的功能缺陷,应用物场模型、技术矛盾、物理矛盾等TRIZ工具求解创新方案,设计一种具有双抖动单元和降运抖动筛面的薯土分离输送装置。基于输送筛面上薯土秧混合物的力学分析,确定筛面倾角范围为β≤32°;结合理论分析和生产实际确定一阶升运筛面倾角为20°、二阶升运筛面倾角为16°、降运抖动筛面倾角10°、抖动单元振幅为21 mm、分离筛杆条间距为50 mm、各阶筛面输送有效长度分别为450 mm、600 mm、1 000 mm 和100 mm。通过升运分离筛和降运分离筛抖动筛面的运动学分析对比,验证创新方案的合理性。     

荞麦混合脱出物清选装置参数优化及试验研究

为了降低荞麦机械收获中清选环节的含杂率及损失率,提高机械收获性能及效率,在谷物清选试验台上进行了曲柄长度、曲柄转速、上筛面倾角、下筛面倾角、筛面摆动角、风机风向及风机转速的单因素试验,并对这7个因素分别取3水平进行了正交试验和分析。试验结果表明:上筛面倾角、曲柄转速、曲柄长度和风机转速对清选损失率影响显著且影响程度依次降低,风机转速、风机风向角、上筛面倾角、下筛面倾角对籽粒含杂率影响显著,对清选时间影响显著的因素由主及次分别为曲柄转速、曲柄长度、上筛面倾角和风机风速。建立了含杂率、损失率和清选时间的回归模型,并应用遗传算法对该模型进行了优化,得到最佳参数组合,即曲柄长度30mm,曲柄转速和风机转速分别为231、600r/min,风机风向角、上下筛面倾角及基本筛面振动方向角依次为30°、-3.8°、-1°、 5°,此时,清选损失率、含杂率和清选时间分别为1.59%、1.91%、7.93s。经试验验证,在最优参数下,各评价指标的试验值与理论值相对误差分别为3.14%、1.22%、3.24%,且优化所得结果与极差方差分析结果高度一致,说明采用遗传算法对清选回归模型进行优化是可行的,优化结果可...     

粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题,设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析,确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素,得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数;以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素,以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验,试验结果表明:二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时,其明薯率为98.1%,伤薯率为1.1%,高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。     

马铃薯收获机扰动分离装置设计与试验

针对现有的小型马铃薯收获机筛面土块破碎效果不佳而影响分离效率和收获品质等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式和常用杆条式分离装置,设计了一款马铃薯收获机扰动分离装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯的碰撞特性和土块的破碎过程分析,得到影响薯块损伤和土块破碎的主要因素为扰动深度、偏心轮转速和偏心距;通过EDEM-RecurDyn耦合构建仿真模型,单因素试验得到扰动杆数量最优为4,以扰动深度、偏心轮转速和偏心距为试验因素,以马铃薯碰撞力和土块破碎率为评价指标,运用Box-Behnken中心组合设计方法进行仿真试验,对试验结果进行方差分析,利用响应面分析了各交互因素对试验指标的影响规律,结合实际工况确定影响因素最佳取值。验证试验表明：当收获机分离筛运行速度为0.7m/s、扰动深度为51.5mm、偏心轮转速通过调速器设为2.3r/s、偏心距为31mm时,土块破碎率为60.7%,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为790.66m/s2,小于马铃薯临界损伤阈值。     

小型薯类收获机设计与田间试验

为了满足丘陵山地薯类机械化收获的需要,设计开发出了一种小型薯类收获机,重点解决小型薯类收获机在作业过程中存在的薯土分离不净、杂草雍堵、破碎率较高等问题。该机增设了防缠绕装置,有效解决了杂草雍堵和壅土问题。应用升运链式分离结构,并对挖掘结构优化设计,有效实现薯土分离,降低了破薯率。田间试验表明:在低速工作状态下,机器平均损失率为2.12%,平均伤薯率为4.99%,平均明薯率为97.83%;在高速工作状态下,机器平均损失率为0.51%,平均伤薯率为3.25%,平均明薯率为99.49%。该机能满足不同土壤的作业要求,作业效果良好。     

马铃薯联合收获薯土分离技术与装置研究

马铃薯主粮化战略的实施使得国内更加重视马铃薯行业的发展,马铃薯全程机械化、自动化受到更多关注。马铃薯联合收获是其生产过程中的重要一环,而决定收获质量的关键就是薯土分离技术。为进一步了解和掌握国内外薯土分离技术的研究现状,进行综述分析,并重点阐述带杆振动式、振摆结合式、拨动式、旋转式四种不同分离技术的结构原理以及联合收获中的二次薯土分离形式,并对目前联合收获中薯土分离装置的应用做了介绍,明确马铃薯联合收获薯土分离环节当前的主要问题是分离效果和块茎损伤之间的矛盾关系。从不同土壤类型、不同种植区域对薯土分离技术装置的设计思路进行分析,并从智能化、复合型、绿色化三个方面对未来进行展望,以期对从事相关研究的学者提供一定的参考。     

马铃薯收获机薯秧分离装置设计与试验

针对北方粘重土壤条件下马铃薯收获过程中薯秧分离效果不佳的问题,设计了一种在不杀秧情况下既适用于大型联合收获机也适用于分段式马铃薯收获机的薯秧分离装置。通过对该装置升运过程中薯秧的运动学分析和分离过程中的力学分析,建立了一种弹性力学模型,确定了影响薯秧分离效果的主要因素,得到影响薯秧分离性能的摘秧辊转速范围和摘秧辊与一级升运分离筛主驱动辊距离范围等工作参数。以摘秧辊转速、一级升运分离筛主驱动辊线速度、摘秧辊与一级升运分离筛主驱动辊距离为试验因素,以含杂率为试验指标,在未进行杀秧作业的条件下进行田间试验,试验结果表明:当摘秧辊与一级升运分离筛主驱动辊距离为2. 5 mm、摘秧辊转速为9. 0 r/s、一级升运分离筛主驱动辊线速度为1. 6 m/s时,含杂率为2. 4%,优于国家行业标准。     

装包卸包型马铃薯联合收获机设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机薯土秧杂分离效果差、伤薯破皮严重以及后续清选除杂成本高等问题，采用双筛薯杂分离、拨板摘薯、人工辅助分拣除杂、缓存集薯装包和随重渐降卸包相结合的作业方式，研制了一种装包卸包型马铃薯联合收获机，该机具主要由松土限深装置、挖掘装置、双筛式薯杂分离装置、拨板摘薯装置、人工辅助分拣平台以及集薯装包卸包装置等部分组成。在阐述总体结构和工作原理的基础上，对双筛薯杂分离过程和拨板摘薯过程进行力学分析，明确了马铃薯运动轨迹和碰撞特征；拨板摘薯装置可实现薯秧脱附分离，降低损失率；缓存集薯装包与随重渐降卸包技术，可实现缓存和装包状态自动切换，确保不停机柔性集薯与减损卸包。试验结果表明，当作业速度为3.01、3.95 km/h时，生产率分别为0.39、0.51 hm²/h,伤薯率分别为1.68%和1.44%,破皮率分别为2.05%和1.71%,含杂率分别为1.75%和1.96%,损失率分别为1.56%和1.52%,各项性能指标均满足相关标准要求。     

基于嵌入式电子监控器的马铃薯收获机开发

为了实现马铃薯收获和地膜回收同时进行,基于嵌入式技术,设计了马铃薯收获机.在马铃薯挖掘和地膜回收过程,测试地膜厚度、工作速度、挖掘深度和铺放时间4个因素影响程度,进行四因素五水平试验.试验结果表明:地膜回收率影响主要因素为地膜厚度及工作速度;对伤薯率影响由大到小分别为挖掘深度、工作速度.同时,建立伤薯率和地膜回收率模型...     

马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置设计与试验

针对以联合收获为主的北方马铃薯主产区,马铃薯收获后薯石分离人工捡拾工作量大、清选效率低,且清选洁净率较低等问题,利用薯块和石块密度不同的特点,采用气力悬浮输送技术设计了马铃薯清选机气力悬浮薯石分离装置,并基于该装置研究了不同参数调整条件下的清选特性。利用高速气流悬浮与振动筛的摆动作用,发挥气力悬浮和振动筛分离的双重优势,使薯块与石块在运动过程中实现自动分离。试验表明：当气流速度为35m/s、筛面倾角为18°和曲柄角速度为30rad/s时,马铃薯选出率均值为96.71%,清选洁净率均值为98.34%,各项性能指标均满足马铃薯清选作业要求。     

基于多段分离工艺的马铃薯联合收获机设计与试验

针对马铃薯分段收获人工捡拾工作量大、劳动强度高、收获效率低等问题,在适应种植模式和农艺要求的基础上,设计了一种基于多段分离工艺的马铃薯联合收获机,该机可同时完成双垄双行马铃薯的挖掘、薯土分离、清土除杂和集薯输送等任务。收获机在拖拉机的牵引作用下进行收获作业,其关键零部件包括松土限深调控装置、切土切蔓装置、挖掘装置、摆抖式薯土分离装置、过渡分离装置、清土除杂装置和集薯输送装置等。该收获机采用多段分离工艺,可有效提高薯土分离效率,显著降低含杂率,降低劳动强度。田间试验表明:作业速度分别为3. 17 km/h和4. 16 km/h时,样机的损失率分别为1. 64%和1. 59%,伤薯率分别为1. 72%和1. 48%,破皮率分别为2. 31%和1. 92%,生产率分别为0. 41 hm2/h和0. 54 hm2/h,各项性能指标均达到了作业标准。基于碰撞检测技术获取了收获过程中薯块的动态碰撞信息,在对碰撞特征和薯土混合物运动特点进行分析的基础上,明确了联合收获机易产生较大碰撞加速度的关键位置为:分离筛Ⅰ与分离筛Ⅱ交接处及集薯输送装置的落料端,降低分离筛Ⅰ和分离筛Ⅱ之间的高度差、改善集薯装置末端的缓冲效果,是降低伤薯率和破皮率的有效措施。