马铃薯在摆动筛上的运动特性分析

采用Solid Works软件对4SW-170型马铃薯收获机摆动筛进行三维建模,通过理论分析摆动筛在工作时物料在其上的运动状态,采用计算机分析软件Mat Lab对摆动筛上物料的运动进行数值模拟,并通过与理论分析相比较,验证了数值模拟的可靠性。针对摆动筛及薯土物料的运动特殊性,特使用高速摄像技术对摆动筛在工作过程中筛上马铃薯的运动特性进行分析,为进一步观察马铃薯在筛面上的运动情况、研究物料的不规则运动、合理选择运动参数及提高筛分效率提供依据。     

马铃薯在摆动分离筛上的动力学试验研究

针对马铃薯在收获过程中的碰撞损伤问题,本试验设计了马铃薯在摆动分离筛上的动力学测试试验台,分别进行了室内试验和田间试验.通过将无线三维加速度传感器置人马铃薯内部,采集了两种典型薯形的马铃薯在不同筛分速度的三维加速度信号,获得马铃薯在筛面上的碰撞强度.本试验研究为马铃薯动力学分析提供了一种新的方法,同时为马铃薯收获、分选等机械化生产设备的设计和优化提供一定的参考.     

马铃薯在分离筛上运动规律的试验研究

对马铃薯相对分离筛的运动规律进行了试验研究。将马铃薯在分离筛上的运动划分为碰撞运动与相对滚动两种运动形式,在碰撞理论与定常理论的基础上,利用高速摄像技术分析了马铃薯在分离筛上的运动规律,并在田间试验得到验证。试验结果表明:马铃薯与分离筛的碰撞恢复系数随着筛面倾角的增大而增大;马铃薯在分离筛上向后滚动的最大加速度随曲柄转速的增大而逐渐增大;相同曲柄转速时马铃薯在分离筛面上的向后运动为加速运动;随着筛面倾角的增大,马铃薯向后滚动的最大加速度和前后滚动距离均增大。     

马铃薯土薯分离装置模态分析——基于ANSYS Workbench

运用三维造型软件Pro/E绘制一种马铃薯联合收获机土薯分离装置的实体图,应用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行模态分析,得到了分离装置前6阶的振型图。通过对振型图的分析可以发现:分离装置的前6阶振动固有频率随着阶次的增大而增加,其中前3阶频率变化较大,以分离装置主轴沿坐标轴轴向振动和弧形拨齿沿Z轴轴向平动或摆动为主,第4阶、第5阶、第6阶振动的各阶频率比较接近,主振型为弧形拨齿沿Z轴轴向摆动。通过模态分析,确定了前6阶振动固有频率范围内的各阶模态特性,同时也为更详细的动力学分析提供了前期基础。     

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。     

基于高速摄像技术的马铃薯在分离筛上运动特性研究

为了研究马铃薯挖掘机在收获过程中马铃薯在分离筛上的运动特性、改善马铃薯挖掘机工作性能、提高薯土分离效果及降低马铃薯的损伤,采用室内试验和室外试验研究的方法,对马铃薯在分离筛上的运动规律进行研究。利用红外高速摄像技术,采集室内和田间马铃薯在分离筛上的运动情况的数据。利用高速摄像分析软件(TEMA)对采集到的摄像数据进行处理,绘制出马铃薯的分离筛上的加速度时间历程曲线,总结出马铃薯在筛面上的运动规律。最终得出马铃薯在分离筛上的运动特性,为马铃薯收获机的分离筛参数的优化提供参考。     

寒地黑土马铃薯收获薯土分离装置设计与研究

针对黏重土壤下的马铃薯收获机薯土分离伤薯率高的问题,对马铃薯收获机薯土分离装置进行结构优化、理论分析,得到最佳参数组合。升运链线速度1.495 m·s^-1、工作倾斜角度18.9°、抖动轮频率7.15 Hz时,薯土分离装置损伤率最低;经台架试验得出5次损伤率均值为2.7%,满足设计要求。损伤率的降低提高了马铃薯的机械化收获效率,对马铃薯增产增收具有重大意义。     

马铃薯挖掘机升运分离过程块茎损伤机理分析与试验

针对马铃薯挖掘机升运过程马铃薯块茎机械损伤严重的问题,通过对马铃薯升运过程进行运动学分析和撞击过程能量学分析,建立了损伤能量的数学模型,确定了影响马铃薯机械损伤的主要因素及各因素的试验取值范围。以损伤综合指数和伤薯率为评价指标,以跌落高度、二级升运链倾角和二级升运链线速度为试验因素,进行二次正交旋转回归试验,建立各指标与因素间的回归数学模型,分析各因素对评价指标的影响规律,根据回归模型进行参数优化。结果表明,当二级升运链线速度1. 42 m/s、二级升运链倾角27°、跌落高度220 mm时,损伤综合指数为0. 43,伤薯率为3. 6%,明显低于未经参数优化的马铃薯挖掘机薯块机械损伤情况,满足马铃薯收获作业要求。     

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。     

三七收获机输送分离装置作业机理分析与参数优化

针对丘陵山区三七机械化收获根土分离难、输送效率低等问题,开展了三七收获机输送分离装置作业机理与参数优化试验研究。首先,通过理论分析建立了三七根土复合体在输送过程中的动力学模型;其次,利用高速摄影获取三七根土复合体的运动轨迹,确定三七输送、根土分离、须根断裂等作业机理;与此同时,基于EDEM-RecurDyn耦合开展三七根土复合体输送分离作业联合仿真,验证了模型的可靠性,明确了三七根土复合体输送分离规律,确定了影响三七根土分离的主要作业参数为：升运速度、升运倾角、振动幅度、振动频率;最后,开展台架试验并利用Design-Expert软件进行分析寻找最优作业参数。结果表明：当最优作业参数组合升运倾角为21°、振动幅度为44mm、升运速度为0.9m/s、振动频率为1.6Hz时,三七输送率、三七筛净率分别为93.60%、92.64%,符合三七收获机输送分离作业要求。     

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。     

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。     

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。     

自走式马铃薯捡拾机捡拾装置参数优化与试验

为解决马铃薯分段收获后,人工捡拾劳动强度大、效率低、成本高等问题,设计了一种自走式马铃薯捡拾机捡拾装置。针对捡拾装置喂入部分易壅土,造成马铃薯输送不通畅,影响整机作业效率的问题,设计了一种具有双层反转链条夹持输送功能的捡拾装置。为确定捡拾装置最佳的作业参数,基于离散元软件EDEM和多体动力学软件RecurDyn耦合仿真,运用Box-Benhnken试验方法,以马铃薯流量和伤薯率为试验指标,以捡拾装置前进速度、捡拾铲入土深度、捡拾装置输送链线速度和反转夹持链线速度为试验因素,对该装置工作参数进行四因素三水平试验,使用Design-Expert软件建立二次多项式回归模型。对回归模型进行优化后,绘制出响应面曲线图,得出该装置最佳工作参数。田间试验表明,当捡拾装置前进速度为0.70 m/s、捡拾铲入土深度为120 mm、捡拾装置输送链线速度为1.20 m/s、反转链线速度为1.20 m/s时,马铃薯流量为5.94 kg/s,伤薯率为2.10%,与仿真理论值相比,误差分别为3.30%和4.48%。该研究可为马铃薯捡拾装置设计提供参考。     

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。     

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。     

小型联合收获机旋风分离系统清选性能试验

为了解决小型联合收获机清选装置谷糠分离不彻底和损失率较高的问题,利用高速摄影装置研究了吸杂风机转速、扬谷器风机转速和通气孔直径对清选性能的影响机理,以小麦籽粒、颖糠、茎秆混合物料为对象,利用研制的旋风分离系统试验台,选取气孔排布方式、通气孔直径、吸杂风机转速和扬谷器风机转速为试验因素,清洁率和损失率为试验指标,进行了单因素和多因素清选性能试验。单因素试验结果表明,气孔排布方式为螺旋形时,清选效果较好,随着吸杂风机转速、扬谷器风机转速和通气孔直径的增加,清洁率先上升后降低,损失率则逐渐增加,最大损失率不超过2%;正交试验表明:吸杂风机转速为1 900 r/min、扬谷器风机转速为1 100 r/min、通气孔直径为8 mm时,清洁率平均值大于93%,损失率平均值低于1.5%,损失率比优化前降低了25%。