马铃薯振动挖掘装置的性能试验研究

针对马铃薯收获过程中普遍存在的挖掘切削阻力大、耗能高等问题,设计了一种五杆双作用振动挖掘装置,以输送速度、入土角、振幅及振动频率为试验因素,以机组功耗为评价指标,采用功耗测试系统对其进行了试验,并利用Design-Expert 8.6.0软件对试验数据进行了处理。结果显示:影响因素对功耗的影响次序为牵引速度入土角振幅振动频率;以低功耗为优化目标,对建立的数学模型进行优化,获取了功耗最小组合方案,即牵引速度为0.53m/s、振幅为12.63mm、入土角为10.14°、振动频率为11.73Hz时,功耗为12.22kW。对该组合进行田间验证,结果表明:实际功耗为12.536kW,实际值与理论值之间的误差为2.6%,符合设计要求。该研究成果可为马铃薯收获过程降低功耗、减少阻力等研究提供参考。     

振动式马铃薯挖掘装置关键部件设计

当前马铃薯收获机的主要挖掘方式为采用固定式挖掘铲实现一维强行破土切削,其普遍存在切削挖掘阻力大、能耗高、铲尖磨损严重等问题,故设计一种振动式马铃薯挖掘装置,采用四杆机构实现水平方向的振动,采用偏心轮机构实现竖直方向的振动。工作时,由拖拉机后输出轴提供动力,经变速箱实现变速和换向后传递给输出轴,输出轴通过链传动带动安装有链轮的主轴旋转,主轴端部安装有偏心轮,通过偏心轮机构的旋转实现竖直方向的振动,另一方面偏心轮通过连杆与四杆机构相连,四杆机构以机架的四个铰接点为转动中心,实现竖直方向的振动挖掘。通过田间试验,验证装置工作性能的稳定性以及可行性,试验结果表明:该机明薯率≥95%,挖净率≥98%,破皮率<3%,能够满足马铃薯的收获要求,可为后续马铃薯收获机械的设计提供一些理论依据。     

基于ADAMS的马铃薯挖掘机运动学仿真

分析了振动式马铃薯挖掘机的结构,并采用ADAMS仿真软件建立了三维运动仿真模型,对马铃薯挖掘机各部件和偏心轮分别添加约束和旋转驱动来实现挖掘机和分离筛的运动。通过测量获得了其相对于机架的角位移、角速度、角加速度变化情况,观察分析了相关曲线的变化趋势,为马铃薯挖掘机轨迹优化及后续动力学仿真分析奠定了理论基础。     

马铃薯挖掘机挖掘铲的设计

介绍了适合不同地区、不同作业条件下的块茎类挖掘机挖掘铲的具体参数，讨论了不同参数对马铃薯挖掘机的影响。确定了挖掘铲主要技术参数。     

马铃薯振动挖掘试验台的设计与试验

为了寻求马铃薯收获机振动挖掘部件的结构参数与运动参数对挖掘阻力的影响,设计了一种马铃薯振动挖掘试验台。该试验台可灵活调节振动挖掘部件的入土角度、前进速度、振动频率及振动幅度等,来模拟马铃薯振动挖掘过程。介绍了该试验台的结构与工作原理,对振动挖掘关键部件进行了设计,并对影响振动挖掘阻力的主要因素开展了正交试验研究。试验结果表明:影响振动挖掘阻力的主次作用因素依次为振动幅度、振动频率、前进速度,较优参数组合方案为振动幅度15mm、振动频率12Hz、前进速度0.5m/s,此时平均牵引阻力为594N,较相同牵引速度下的平动阻力减小19%。本研究结果可为马铃薯振动挖掘部件的设计提供参考。     

马铃薯挖掘铲的改进设计与试验

针对目前马铃薯收获机田间收获试验中挖掘铲入土困难及大块土壤破碎效果不理想导致壅土现象等问题,对挖掘铲进行了改进优化,对比分析了振动式挖掘铲和静挖掘铲的区别,并对振动式挖掘铲的铲宽、铲面倾角、铲仞倾角等进行了分析计算。以明薯率、伤薯率、含杂率为性能指标,对设计挖掘铲进行了可靠性验证,以经过杀秧处理的马铃薯植株为试验对象进行田间试验验证,结果表明:实际的挖薯率为96.98%,伤薯率为1.12%,含杂率为2.46%,优于马铃薯收获的国家行业标准作业要求。研究数据对马铃薯收获的挖掘作业具有重要意义。     

基于单垄双行种植农艺的马铃薯挖掘铲设计与试验

针对目前丘陵山区马铃薯收获劳动强度大、机械化程度低和现有马铃薯挖掘铲作业效率不能满足实际需求等问题,设计了一种适合单垄双行种植农艺使用的马铃薯挖掘铲。通过分析和设计马铃薯挖掘铲结构,确定了马铃薯挖掘铲入土倾角为21.5°、铲刃张角为19°、铲宽为1230mm、铲长为220mm等参数;借助Ansys 2020有限元分析软件,获得了马铃薯挖掘铲模拟工作时最大应力为31.491MPa、最大应变为1.5797×10^-4和总变形为0.81716mm等结果,且均符合要求。完成马铃薯挖掘铲实际加工后,进行了收获田间试验,结果表明：马铃薯收获明薯率为98.54%,破皮率为1.51%,伤薯率为1.31%,均符合且优于相关国家标准要求。所设计的马铃薯挖掘铲达到了预期目标,可为今后相关工作提供参考。     

基于Solidworks的各型马铃薯挖掘铲应力研究

针对传统马铃薯收获机挖掘铲试验研究花费大、周期长的问题,采用Solidworks三维设计软件的有限元分析功能,通过对工作过程进行理想化假设后,根据其安装位置和材料建立铲片有限元模型,载荷为土壤加载到铲面的力,分别计算各种型式挖掘铲的应力分布状况,通过计算结果对比,得出适合于目前马铃薯收获机挖掘铲较好的结构型式,为今后挖掘铲的设计提供理论依据。      

小型振铲式马铃薯挖掘机的设计与减阻性能研究

针对丘陵山区马铃薯收获过程中大型机械不适用、小型拖拉机功率不足的问题,设计了振铲式马铃薯收获机,目的是减小挖掘阻力,提高薯土分离效率。为了研究振动参数对挖掘阻力以及土壤破碎量的影响,基于离散元法（DEM）,利用Hertz Mindlin无滑动接触模型和粘结接触模型建立了土壤模型,对振动挖掘过程进行了模拟,并通过模拟试验得到了挖掘过程中挖掘铲受到的阻力。     

马铃薯收获机挖掘铲有限元静力学分析

针对2种结构的马铃薯挖掘铲,采用ANSYS软件对其进行有限元静力学分析,挖掘铲有限元模型根据其安装位置和材料建立,载荷为土壤加载到铲面的张向力,通过求解挖掘铲的变形和应力分布,进行强度校核,根据分析结果选择出性能更好的挖掘铲,为挖掘铲的设计提供理论依据。     

深根中药振动挖掘铲参数化设计与仿真

在对深根中药收获机振幅调节机构和振动挖掘铲分析的基础上,采用设计点参数化的方法建立了挖掘铲挖掘机构的仿真模型,并分别对影响收获机性能的主要因素—偏心距、入土角度和机具前进速度进行了仿真研究,为振动式挖掘机械的设计开发提供了技术支持。     

S型链式马铃薯收获机挖掘装置的设计及有限元分析

针对我国马铃薯在主粮化的政策下迅速发展而机械化收获水平阻碍其发展的问题,研制了S型链式马铃薯收获机。在研究国内外马铃薯收获技术及装备的基础上,重点对该机器的挖掘装置进行设计。采用固定式挖掘铲装置,针对我国小地块种植马铃薯的国情,确定了固定式挖掘装置的结构形式:铲体宽度为1430mm,铲面倾角范围为33.6°～39.5°,铲体长度为320mm,铲刃夹角为150°;同时,对铲座支撑进行设计,各部件采用65Mn钢材质,钢板厚度为10mm。利用ANSYS对挖掘装置进行有限元分析,确保挖掘装置结构稳定。对整机进行田间试验,结果表明:明薯率98.5%,伤薯率1.2%,破皮率1.6%,生产率0.33hm~2/h,相对于其他挖掘装置伤薯率明显降低,明薯效果也相对改善。     

马铃薯挖掘铲工作阻力计算与分析

以马铃薯挖掘铲为研究对象,构建了挖掘铲工作阻力的力学模型,归纳总结了影响工作阻力大小的相关参数。采用C#语言开发了一款专用的工作阻力计算工具模块,并以铲面宽度、挖掘深度和铲面倾角为变量,对比分析了各参数变化对工作阻力大小的影响,为挖掘铲结构进一步优化设计提供了参考依据。     

马铃薯收获过程中土壤与挖掘铲相互作用的有限元分析

针对传统马铃薯挖掘铲试验研究花费大、周期长的问题,采用三维弹塑性有限元分析方法,分别计算出挖掘铲铲面倾角为5°,10°,15°,20°时土壤的变形和应力;依据作用力与反作用力相等的原理,得出挖掘铲在采用不同铲面倾角时所受的土壤阻力.通过计算结果对比,得出牵引阻力和铲面倾角之间的数学模型,为今后挖掘铲的设计、阻力降低和效率提高提供理论依据.     

马铃薯挖掘机挖掘铲力学模型构建

为了研究马铃薯挖掘机工作阻力大小的影响因素,以挖掘铲为研究对象,分别进行了挖掘铲的受力分析、土壤的受力分析,以及相关辅助参数的求解。同时,构建了挖掘铲工作过程的力学模型,推导出了工作阻力的数学表达式,归纳总结了影响工作阻力大小的相关参数,为后续运用计算机软件进一步对挖掘铲进行力学分析提供了基础依据。     

4Y-1200型药材收获机振动挖掘铲的设计

对4Y-1200型药材收获机的挖掘铲建立牵引阻力数学模型,然后基于Solidworks的插件完成挖掘装置实体建模,运用Solidworks的Motion插件进行运动仿真,得出在单位任意时间内铲尖线性与曲柄端点转角上位移、速度、加速度的对应曲线,结合参数选择合理性进一步优化收获机挖掘部件,从而为进一步进行整机的优化设计奠定了基础。     

党参挖掘装置设计与试验

针对现有党参人工挖掘方式挖掘效率低、挖掘成本高的问题,基于人体仿真学,设计一种四杆机构党参挖掘装置。通过Proe建立三维简化模型,采用离散元仿真软件EDEM和多体动力学软件ADAMS建立土壤—党参—挖掘装置简化模型。通过ADAMS_EDEM进行仿真挖掘试验,得出阻力较小时转速和入土角范围。采用SAS软件对转速和入土角度进行最优平衡随机设计的试验,并进行土槽挖掘试验验证。仿真结果表明：较佳的入土角范围75°~80°。最佳的转速范围为：60r/min~90r/min。通过土槽挖掘试验结果表明：当入土角度为通过最后分析得出最佳组合为70r/min×75°时,挖掘机构党参挖松率最高为97.94%。损伤率为4.52%,次之的组合为60r/min×75°。党参的挖松率为96.62%,损伤率为5.7%。     

马铃薯挖掘铲试验台架的研制

马铃薯挖掘铲属于马铃薯收获机上的关键部件,其结构及工作原理直接影响整机的作业性能,尤其在粘重壤土条件下,要使其达到减粘脱附、减阻增效以及挖深稳定的目的,须开展相关的试验研究工作。为此,依据近年开展的仿生挖掘技术的研究成果,通过专门的试验装置开展其在马铃薯挖掘收获方面的应用研究,以此获得试验对比数据,从中选择出较佳性能参数的挖掘铲,以共性技术的形式推广应用在需要的收获机上,以解决现有机器该关键零部件性能方面所存在的问题。     

双工位马铃薯切种装置的仿真设计与制造

目前,马铃薯的块茎的切种工作仍以人工为主,耗时长,成本高,因此研制了一种小型、高效的双工位马铃薯块茎切割装置.利用UG、ANSYS和ADAMS等软件对机器进行三维模型的建立、有限元和仿真运动分析,并制造实物样机,验证装置实际操作的可行性.试验结果表明:使用该装置所得的马铃薯种子合格率达到98％,且相同时间切种数量远高与...     

根茎类中药材收获机挖掘装置设计与仿真试验

针对根茎类中药材收获机采用固定式挖掘铲收获时,存在挖掘深度不足,入土阻力大,功率损耗严重,碎土效果差,铲尖磨损较大等问题,采用理论计算与数值仿真的方法,对振动式挖掘装置的挖掘铲参数、运动机构、铲面运动特性和工作效果进行研究。结果表明:该装置采用锯齿形平面三角铲,铲刃张角≤94°、入土角为20°～30°、工作深度≥500 mm,铲面长度为772 mm,运动机构类型为四连杆机构,工作时做平面运动,其水平方向运动类似于余弦函数曲线,垂直方向为正弦函数曲线,速度与加速度变化类似。挖掘铲在水平方向和垂直方向的运动曲线平滑顺畅,运动类型与理论推导值吻合,为简谐运动,运动过程无干涉现象,速度与加速度变化均符合运动规律。当挖掘装置的前进速度为2.4 m/s,入土角为25°,转速为280 r/min时,该装置的挖掘阻力最小。采用振动式挖掘装置对中药材进行收获时,可有效减小挖掘阻力,具有良好的碎土分离效果,整体运行平稳,工作可靠,各项性能均满足行业标准要求。