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。     

双行牵引式马铃薯挖掘机的设计与试验

针对目前我国马铃薯挖掘机存在的机具作业阻力较大、易堵塞及明薯率较低等问题,设计了一种牵引式马铃薯挖掘机,通过对整机结构和工作原理的阐述及对挖掘铲工作部件关键尺寸的理论分析,得到了机具挖掘铲、分离输送装置等关键部件的具体结构尺寸。对整机的作业性能进行田间试验,结果表明:该机能够一次性完成挖掘、薯土分离及成条铺放等作业,挖掘深度符合马铃薯收获要求,机具的伤薯率较低、明薯率较高,各项指标均满足马铃薯的收获要求,且作业稳定性较好,提高了马铃薯的收获质量。     

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。     

4U-110型马铃薯挖掘机的设计与试验分析

本文在深入了解马铃薯机械化收获过程的基础上，设计了4U-110型马铃薯挖掘机。田间试验结果表明，该机在挖掘深度230mm，挖掘铲的最大倾角为29°，分离筛的线速度为1.46 m/s时，测得明薯率>96.44%，漏薯率<3.16%，伤薯率<2.56%，挖掘平稳，分离效果好，满足马铃薯的收获要求。在本试验的测定中发现，土壤含水率对明薯率影响较为显著，且存在线性关系。     

MZPH-820型单行马铃薯收获机设计

针对现有小型马铃薯收获机作业过程中,行进阻力大、易于壅堵、伤薯率高,以及垄高适应性差等问题,设计了MZPH-820型单行马铃薯收获机.该机挖掘铲各铲片相互分离,间隙通畅;升运链导向撑链轮通过悬臂板支撑,承力通轴实现向上移动,作业时入土部件仅有挖掘铲及切土防漏圆盘,可有效防止秧茎缠绕及壅土;挖掘铲角度调节机构可实现挖掘铲与升运链导向撑链轮角度的同步调节,使挖掘铲铲面倾角在18°～30°内连续可调,便于不同土质条件下优化作业性能;导向限深轮及支撑行走轮二者高度的协调调整使得收获机能够满足100～400 mm垄高地块的作业要求,保证挖掘铲预设铲面倾角的实现,垄高适应性得到增强.宽行高垄地块的田间试验表明:MZPH-820型单行马铃薯收获机挖掘、输运顺畅,分离效果明显,纯小时生产率为0.10 hm2/h,伤薯率为0.3%,损失率为3.9%,性能达到技术规范要求.     

MZPH-820型单行马铃薯收获机设

针对现有小型马铃薯收获机作业过程中,行进阻力大、易于壅堵、伤薯率高,以及垄高适应性差等问题,设计了MZPH-820型单行马铃薯收获机。该机挖掘铲各铲片相互分离,间隙通畅;升运链导向撑链轮通过悬臂板支撑,承力通轴实现向上移动,作业时入土部件仅有挖掘铲及切土防漏圆盘,可有效防止秧茎缠绕及壅土;挖掘铲角度调节机构可实现挖掘铲与升运链导向撑链轮角度的同步调节,使挖掘铲铲面倾角在18°～30°内连续可调,便于不同土质条件下优化作业性能;导向限深轮及支撑行走轮二者高度的协调调整使得收获机能够满足100～400mm垄高地块的作业要求,保证挖掘铲预设铲面倾角的实现,垄高适应性得到增强。宽行高垄地块的田间试验表明：MZPH-820型单行马铃薯收获机挖掘、输运顺畅,分离效果明显,纯小时生产率为0.10hm2/h,伤薯率为0.3%,损失率为3.9%,性能达到技术规范要求。     

振铲式马铃薯挖掘机设计与试验

针对西北旱区山坡地、小地块机械化收获水平低以及农户配套动力不足等问题,研究设计便于手扶拖拉机配套的振铲式马铃薯挖掘机,一次性完成马铃薯挖掘、薯土分离、集薯铺条等工序。通过理论分析和数值仿真,对核心的振动挖掘装置、栅条分离筛进行解析和结构优化,确定性能参数。田间试验表明:明薯率为96.5%,伤薯率为1.4%,破皮率为1.7%,生产率约为0.085hm2/h,设计的振铲式马铃薯挖掘机各项指标均满足国家及行业标准要求。     

丘陵山区甘薯收获机的研制与试验

针对丘陵山区甘薯收获机械化水平低,国内收获机普遍存在伤薯率高、挖掘阻力大、易堵塞和土薯分离不净的问题,设计制造一种适用于适于丘陵缓坡红黄壤黏性土作业的甘薯收获机。阐述收获机整机结构和工作原理,对传动系统、挖掘铲、防缠装置和土薯分离输送装置等关键部件进行设计分析,通过理论计算确定弧形挖掘铲、升运链和抖动轮的主要参数。性能试验结果表明:防缠装置对收获机性能影响显著,低速收获时,明薯率为98.25%,伤薯率为2.94%,破皮率为2.15%,顺畅性为99.52%,生产率约为0.16 hm~2/h;高速收获时,明薯率为98.51%,伤薯率为2.62%,破皮率为2.02%,顺畅性为98.32%,生产率约为0.27 hm~2/h,各项指标均符合设计合格要求,对甘薯红黄壤黏性土垄作种植适应性较好。     

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。     

4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机设计与试验

针对传统一级升运链马铃薯挖掘机土薯分离效果差、人工捡拾铺条劳动强度大的作业难题,设计了4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机。对挖掘机阶梯挖掘铲、两级升运链式土薯分离输送装置及液压开启式集薯箱等关键部件进行设计与选型,并完成其关键参数的计算确定。以样机前进速度、一级土薯分离装置线速度和二级土薯分离升运装置线速度为自变量,以明薯率和伤薯率为响应值,依照Box-Behnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,分别建立了各因素与明薯率、伤薯率之间的数学模型,并对各因素及其交互作用进行分析。试验结果表明,对明薯率影响的主次顺序依次为二级土薯分离升运装置线速度、样机前进速度和一级土薯分离装置线速度,对伤薯率影响的主次顺序依次为一级土薯分离装置线速度、二级土薯分离升运装置线速度和样机前进速度;马铃薯挖掘机最佳工作参数为:样机前进速度1. 50 m/s、一级土薯分离装置线速度1. 37 m/s、二级土薯分离升运装置线速度0. 89 m/s。验证试验表明,4U-1600型集堆式马铃薯挖掘机作业后,明薯率为95. 11%、伤薯率为3. 36%,性能试验指标均达到国家行业标准要求,表明在优化工作参数条件下该作业机能够提升马铃薯机械化收获质量。     

单行木薯块根收获机仿生铲的设计与试验

针对目前木薯块根收获机挖掘铲存在入土困难、碎土及排土效果不理想及工作强度不足等问题,基于工程仿生学理论,结合动力学知识,提出并设计了一种模仿犬爪趾形状的仿生铲.基于Design-Expert软件中的试验设计方法,以作业速度、土壤含水率及挖掘铲类型为试验因素,以挖薯率、伤薯率为试验指标,对挖掘铲的工作参数进行试验研究,建...     

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。     

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。     

基于离散元法的三七仿生挖掘铲设计与试验

为减小三七收获过程中的挖掘阻力,以三七根茎及种植土壤为研究对象,测定本征物理参数,设置Bonding键参数建立三七根茎的离散元模型,分析根土粘结机理,利用Hertz-Mindlin with JKR建立三七根茎-种植土壤离散元复合模型;建立并分析挖掘铲的理论力学模型,确定仿生挖掘铲设计尺寸(长×宽×厚)为：360 mm×150 mm×8 mm、入土角30°、铲尖半角60°;采集野猪头三维模型的点云数据,确定仿生铲的结构曲线方程,建立仿生挖掘铲的三维模型;开展仿生挖掘铲与平面挖掘铲的仿真对比试验,追踪颗粒位移流向得平均位移以及平均挖掘阻力,分析颗粒的速度矢量明晰了挖掘铲面的减阻机理,得仿生挖掘铲的仿真试验减阻率为19.15%;利用高速摄影和阻力采集设备开展土槽试验,结果表明土壤颗粒流向与仿真趋势一致,仿生挖掘铲和平面挖掘铲的平均挖掘阻力为1 207.23、1 594.49 N,仿生挖掘铲减阻率为24.29%,与仿真试验减阻率十分接近,验证了离散元模型准确可靠、挖掘铲力学模型构建准确,仿生结构设计合理。     

改进型南方马铃薯收获机具的设计

针对引进的北方机型收获南方马铃薯工作中出现明薯率低、挖掘阻力大、土壤壅堵,以及仍需人工捡拾等问题,设计了一种改进型南方马铃薯收获机具。该机具包含振动挖掘铲、抖动分离机构、升运机构和集薯器等,可一次完成挖掘、薯土分离、升运及装袋等作业工序。田间试验表明:改进后的机具在动力消耗、土壤壅堵、收获效率及减轻劳动强度等方面有明显提高,具有推广应用价值。     

挖拔式木薯收获机挖深液压控制装置的设计与试验

针对挖拔式木薯收获机在收获过程中带有一定倾角的挖掘铲有朝着深度方向行进的趋势,增加了挖土量及挖掘负荷等问题,提出了基于液压控制系统调整挖深的设计思路。为此,研制了一种挖深液压控制装置,主要由地表仿形机构、挖掘铲液压调节机构、液压系统及PLC控制系统4部分组成;同时,对液压系统的负载特性进行系统分析计算,选取了合适的执行元器件,并在此基础上进行土槽实验。结果表明:地表仿形机构,最大误差8.9%,平均误差3.5%;掘铲液压控制系统的响应时间为1.7s,1s内完成对挖出铲的角度与深度自动调节,测试效果能够满足精准挖深控制要求。     

马铃薯仿生挖掘铲片及其减阻特性研究

设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,研究其在土壤运动过程中的减阻性能。运用仿生手段对蝼蛄前爪第一趾进行仿生信息的提取,设计了一种马铃薯仿生挖掘铲片,利用EDEM对挖掘铲片进行挖掘土壤过程仿真。在EDEM仿真过程中,根据铲片对土壤的扰动情况分析可知:仿生挖掘铲片对土壤应力较分散,铲面具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力为118.212N;普通挖掘铲片对土壤应力较集中,铲面不具有碎土能力,挖掘方向所受平均阻力值为159.508N;仿生挖掘铲片较普通挖掘铲片所受平均阻力减小近35%,仿生挖掘铲更具优良的挖掘性能。     

基于土壤压缩破坏理论的挖掘铲的设计与分析

对影响木薯收获的因素进行分析,借鉴马铃薯收获机挖掘铲的设计思想,在铲面受力分析的基础上,引入了土壤压缩和破坏理论,建立了运动条件下挖掘铲的碎土性能分析模型。应用Matlab软件对该模型进行了数值计算,并对平面挖掘铲进行了碎土性能分析,得到了最佳的平面铲倾角,提高了木薯挖掘铲的碎土性能,为木薯挖掘铲的设计提供了理论参考。     

4U-60型甘薯收获机的设计

针对我国甘薯机械化收获的难题,设计了4U-60型甘薯收获机,该机与小四轮拖拉机配套,可实现甘薯挖掘、薯土分离和铺放作业。同时,对该机部分关键零件进行了设计,对样机的工作性能进行了试验研究。田间试验证明,该机克服了现有甘薯收获机在收获过程中牵引阻力大、功率消耗大和挖掘铲易损坏等问题,整机设计先进、功能完善、操作方便,并且成本低、效率高,能够满足当地农民的使用要求。