联合收获机底盘机架有限元模态分析与试验

针对联合收获机正常工作时的振动与噪音问题,为减少共振的发生,利用三维软件UG对沃得巨龙280型稻麦联合收获机底盘机架进行了参数化建模,采用NX Nastran模块求解出了底盘机架的模态频率和振型,并对底盘机架进行了模态试验,验证了理论分析的准确性。在分析了外部激振频率特点的基础上,为使底盘机架的固有频率避开外部激振频率范围,对机架进行了结构优化。结果表明:在底盘机架质量增加3.77%的条件下,机架的前4阶模态频率分别调整到21.70、36.61、43.64和46.33Hz,均避开了脱粒滚筒激振频率范围15～18.3Hz和发动机的激振频率范围38.3～41.7Hz,可以有效避免共振的产生。该研究为联合收获机底盘结构的设计与优化提供了参考。     

玉米根茬收获系统的有限元模态分析与试验

针对研制的集铲挖和脱土于一体的玉米根茬收获系统,为进一步优化该系统的作业性能,采用有限元模态分析与试验模态分析相结合的研究方法,获得了该系统的前20阶的固有频率,以及各主要工作部件的典型振型。研究结果表明：系统的1～4阶（8.5～29.6?Hz）模态主要表现为升运链的整体弯振;5～14（44.1～124?Hz）阶模态表现为各主要功能部件的横梁及主轴的弯曲、扭转振动;15～20阶模态（135～190?Hz）则主要表现为各功能部件的末端振颤,上述系统模态属性,可为系统结构振动特性的描述及整机作业性能的优化提供依据。     

基于模态的玉米收获机车架振动特性分析与优化

为研究玉米收获机车架振动特性及其优化方法,该文通过振动测试与模态分析方法,分析车架田间振动特性,并以提高1阶扭转频率为目标优化车架结构。首先,通过有限元建模及模态分析,提取车架固有频率与振型,其次,通过整机田间振动试验,获取车架4个测点处振幅统计特征及功率谱,分析其对车架振动特性的影响,最后,研究车架壁厚和刚度与固有频率的关系,以提高车架1阶扭转频率为目标优化车架。研究结果发现,测点振幅大小依次为:车架后桥上方、发动机横梁位置、发动机纵梁位置、车架前桥上方,其中车架后桥上方振幅已超过发动机振幅,发生共振;模态振型与田间振动试验对比发现,1阶扭转和2阶弯曲模态对车架振动影响较大,引起车架共振主频为9.79 Hz,接近1阶扭转共振频率;发现优化后车架1阶扭转振型位移由7.778下降到3.768,1阶弯曲振型位移由6.83下降到3.651,显著改善了车架振型,1阶扭振频率由15.9927提高到22.4595 Hz,提高车架1阶扭转频率。田间耐久试验表明优化后车架无故障时间由20提高到60 h。该研究可为农机装备的振动特性分析与减振设计提供参考。     

基于模态分析的联合收获机籽粒损失监测传感器结构优化与试验

为了分析籽粒损失监测传感器敏感板结构对籽粒碰撞信号的影响,该文通过ANSYS软件对籽粒损失监测传感器不同结构形式的敏感板进行模态分析,研究了敏感板振动特性与籽粒损失监测传感器检测性能之间的关系,并在实验室内进行了籽粒碰撞试验。试验结果表明,一阶固有频率p越高,信号衰减时间t越短;相对变形率越大,籽粒损失监测传感器整体灵敏度越高;在敏感板长度l=150mm、宽度b=40mm、厚度h=1.0mm时籽粒损失监测传感器的检测频率和整体灵敏度较高;以20～120粒/s的籽粒流量对此结构形式下的籽粒损失监测传感器进行检测误差试验,最大检测误差为2.7%。在自制的标定试验台上利用饱满水稻籽粒、不饱满水稻籽粒、不同长度茎秆组成的混合物料对该籽粒损失监测传感器进行标定,结果表明,该籽粒损失监测传感器能从混合物料中有效地识别出饱满籽粒,最大检测误差为2.3%,该文的研究对提高籽粒损失监测传感器的检测频率和测量精度具有重要意义。     

小麦联合收获机双出风口多风道清选作业试验

针对小麦联合收获机双出风口多风道清选装置由于主要作业参数调整不当而导致清选损失率、含杂率、二次含杂率高的问题,该文通过台架试验分别对双出风口多风道清选装置主要作业参数（喂入量、风门开度、风机转速、上、下导风板角度）进行单因素与多因素优化试验,探究各试验因素对清选损失率、含杂率、二次含杂率的影响规律,寻找最优参数组合。参考市场上小麦收获机拥有量较大的久保田988机型相关参数,搭建联合收获机双出风口多风道试验台。双出风口4风道时,小麦清选损失率、含杂率最低,分别为0.78%与0.48%,通过单因素试验,得出喂入量4.5～5.8 kg/s、风门开度0°～20°、风机转速1 200～1 600 r/min、上、下导风板角度0～20°。利用Box-Behnken中心组合试验设计理论,进行五因素三水平正交试验。结果表明：对清选损失率影响较显著的因素有风机转速、喂入量、上导风板角度;对含杂率影响较显著的因素有风机转速、上、下导风板角度;对二次含杂率影响较大的因素有上导风板角度、风机转速、喂入量,通过对目标参数优化得到最优作业参数为喂入量4.5 kg/s、风门开度10.2°、风机转速1 548 r/min、上、下导风板角度分别为20°和0°,此时清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.79%、0.40%与0.82%。台架试验验证得到清选损失率、含杂率、二次含杂率分别为0.75%、0.38%与0.76%,与优化结果误差分别为5.1%、5.0%与7.3%。此研究结果可为小麦联合收获机多风道清选装置作业参数调整提供理论参考。     

联合收获油菜脱出物离散元仿真参数标定与试验

针对油菜联合收获清选装置气固耦合仿真分析中缺乏准确可靠的离散元仿真参数的问题,该研究以宜收获时的联合收获油菜脱出物为对象,基于颗粒离散元法的EDEM仿真软件对主要组分接触参数进行标定。开展了油菜茎秆径向单轴平板全压缩试验,测量分析了油菜茎秆泊松比、弹性模量等特征参数;通过斜面法和自由跌落试验测定了籽粒、茎秆、荚壳和钢板间静摩擦系数及碰撞恢复系数,确定了颗粒模型接触参数取值范围。以茎秆堆积角为试验指标,通过基于EDEM 的Plackett-Burman试验筛选出对茎秆堆积角有显著影响的参数,开展了最陡爬坡试验确定了显著性参数最优取值范围,进一步通过Box-Behnken试验建立了显著性参数与茎秆堆积角的二阶回归模型,优化得出了茎秆接触参数最佳组合。标定结果表明：显著性参数最优组合为茎秆-茎秆静摩擦系数0.707、茎秆-茎秆动摩擦系数0.015和茎秆-钢板动摩擦系数0.012,在接触参数最优组合条件下,茎秆仿真堆积角与实际堆积角相对误差为0.54%。在标定参数组合下,基于DEM-CFD开展了油菜联合收获旋风分离清选装置气固耦合分析,并进行了台架验证试验,仿真试验结果表明：旋风分离清选清洁率为94.42%,损失率为3.96%,与台架试验相对误差分别为2.81%和7.48%,验证了标定参数的可靠性,可为油菜联合收获离散元仿真分析提供基础接触参数。     

油菜联合收获机旋风分离清选系统设计与试验

针对传统油菜联合收获机多采用风筛式清选装置,其整机结构复杂、尺寸庞大,研制了一种适于油菜联合收获的旋风分离清选系统,分析确定了旋风分离筒、输送带式强制喂料装置的结构及其相关参数,采用单因素与二次旋转正交组合试验研究了旋风分离筒吸杂口风速、风量以及强制输送带线速度对油菜籽粒清洁率和损失率的影响,构建了籽粒清洁率、损失率与吸杂口风速、强制输送带线速度之间的回归方程,优化得出了最佳运行参数组合。试验结果表明:吸杂口风速为12~16 m/s,风量为0.375~0.501 m3/s,强制输送带线速度为1.570~1.884 m/s时,清选性能较好。选择吸杂口风速15.3 m/s、风量0.479 m3/s、强制输送带线速度1.570 m/s优化组合时,分析计算得出籽粒清洁率为96.98%。田间试验表明:采用取消链耙输送设计的油菜联合收获机能够保证物料喂入顺畅,旋风分离清选系统清洁率为90.21%,损失率为6.54%。该研究结果为旋风分离清选系统的结构优化和油菜联合收获机整机结构的改进提供了参考。     

马铃薯联合收获机立式环形分离输送装置设计与试验

为了解决目前国内马铃薯联合收获机分离输送装置存在的分离输送效果差、操控不灵活等问题,设计了一种立式环形分离输送装置。通过对该分离输送装置进行理论分析,确定了其关键零部件的结构和工作参数。以机组前进速度、横向拨送皮带线速度和环形轨道圈转速为试验因素,伤薯率和含杂率为试验指标进行了三元二次通用旋转组合试验,建立了各试验因素与指标之间的数学模型并进行了参数优化。结果表明：影响伤薯率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、横向拨送皮带线速度和机组前进速度;影响含杂率大小的因素顺序依次为环形轨道圈转速、机组前进速度和横向拨送皮带线速度;且当机组前进速度为1.1 m/s、横向拨送皮带线速度为1.5 m/s、环形轨道圈转速为7 r/min时,马铃薯收获质量、土薯及杂质分离效果最好,平均伤薯率和含杂率分别为1.28%和2.41%。在最优参数条件下的田间验证试验结果表明,平均伤薯率和含杂率分别为1.46%和2.57%,理论值和试验值相近,符合马铃薯联合收获质量要求。     

大豆联合收获机对称可调式凹板筛设计与试验

针对传统大豆联合收获机脱粒间隙调整方法单一、田间作业时工作参数与作物适应性差,导致大豆破碎率、未脱净率和夹带损失率较高的问题,该研究设计了一种对称可调式凹板筛,实现双侧脱粒间隙可调,并对其间隙调整量进行了确定。以大豆联合收获机的前进速度、滚筒转速、脱粒段脱粒间隙、分离段脱粒间隙为影响因素,以大豆破碎率、未脱净率和夹带损失率为评价指标进行四因素三水平响应面试验,利用Desigen-Expert 12.0对田间试验结果进行响应面分析,研究不同影响因素对评价指标的影响规律。结果表明,在前进速度为3.3 km/h、前滚筒转速为500 r/min、后滚筒转速为650 r/min、脱粒段脱粒间隙19 mm和分离段脱粒间隙15 mm的参数组合下,采用对称可调式凹板筛的破碎率为2.69%,未脱净率为0.57%,夹带损失率为0.13%,相较于现有的竖直调节式凹板筛,破碎率、未脱净率和夹带损失率分别降低了0.46%、0.71%、0.55%,对称可调式凹板筛的各项指标均优于现有的竖直调节式凹板筛。研究结果可为南方地区大豆联合收获机差速脱粒分离装置的调节以及自适应调节系统的研究提供参考。     

4BL-1型白萝卜联合收获机缨叶聚拢装置优化与试验

为解决白萝卜机收过程中因缨叶聚拢不全导致损失率与损伤率高、切头合格率低等问题,该研究依据白萝卜缨叶物理力学特性,设计了一种白萝卜缨叶聚拢装置,可以实现白萝卜缨叶从田间自然“半散开”状态聚拢成束,利于后续拔取作业。构建白萝卜缨叶聚拢装置运动学模型,确定“拢缨速比”的取值范围;构建装置结构参数和前进速度、拢缨速比及作业姿态等运动参数及拢叶机构倾角对缨叶聚拢性能影响的数学模型,并求解出各因素优选区间。以缨叶聚拢成功率、缨叶破损率为评价指标,开展三因素三水平正交组合试验,依据响应面法分析各因素对二者的影响效应,并对模型进行优化。试验结果表明：缨叶聚拢成功率影响显著性顺序为前进速度、拢缨速比、拢叶机构倾角;缨叶破损率影响显著性顺序为拢缨速比、拢叶机构倾角、前进速度;最优参数组合为：前进速度0.4 m/s、拢缨速比3.9、拢叶机构倾角86.3°。在最优参数组合下开展台架试验验证,结果表明：缨叶聚拢成功率、缨叶破损率分别为92.04%、8.81%,满足拔取式白萝卜联合收获机缨叶聚拢需求。研究结果可为白萝卜收获机械的设计提供参考。     

胶棒滚筒棉花采摘头的设计与试验

为确定胶棒滚筒棉花采摘头运动参数对新疆机采棉种植模式下的棉花采摘质量的影响,该文阐述了胶棒滚筒棉花采摘头的工作原理及其关键部件、总体结构。基于运动学分析,建立了采摘速比K值与采棉工艺速度、采摘工作角、滚筒转速之间的相应的函数关系,分析了其对棉花采摘性能影响规律。田间试验表明,当采棉机作业速度0.83 m/s,滚筒转速在450 r/min时,棉花采净率达95%以上,含杂率小于15%,落地棉小于2%,达到了棉花收获机械作业的技术要求。     

自走式甘蓝收获机的设计与试验

针对中国甘蓝收获机械化水平低、缺乏相应甘蓝收获装备的现状,在统计分析主要甘蓝品种物理参数的基础上,设计了一种适合南方田间作业的自走式甘蓝联合收获机。该机型采用单行一次性收获方式,配置有专用动力底盘,收获台架主体包括引拔装置、输送提升装置、切根装置、剥叶装置、收集装置等,动力由液压系统驱动,可一次完成甘蓝的拔取、输送、切根、剥叶、装箱等作业。田间试验表明,该收获机各工作部件工作稳定,表现出了良好的收获效果,收获速度为0.3 m/s时,拔取成功率为86.7%,输送成功率达93.3%,切根合格率为75.0%,剥叶合格率为81.7%,基本满足甘蓝的机械化收获要求。该研究为中国解决甘蓝的机械化收获提供了参考。     

圆盘挖掘式甜菜联合收获机设计与试验

为了缓解中国甜菜收获装备短缺的现状,设计了一种适合国内甜菜种植模式和农艺要求的圆盘挖掘式甜菜联合收获机,并阐述了该机的总体配置及主要部件的结构。该机主要由传动系统、对行装置、挖掘装置、输送分离装置、升运装置等组成。其中,液压控制系统提高了机械的操控性及自动化程度;对行装置减少了甜菜的漏挖,实现了自动对行收获;圆盘式挖掘部件参数的优化设计有效减少了工作阻力,输送分离装置和升运装置中的杆式输送链减少了甜菜的输送损失和含杂。田间试验表明,收获机甜菜收获损失率不大于3.42%,粘土率不大于1.18%,损伤率不大于1.82%,折断率不大于1.6%,含杂率不大于4.86%,符合甜菜收获要求。该研究可为甜菜收获机械设计提供参考。     

玉米收获机底盘车架疲劳寿命研究

提出一种玉米收获机底盘车架疲劳寿命预测方法。利用ANSYS软件对玉米收获机底盘车架进行有限元分析,得到最大模态变形位置和静应力分析条件下的应力分布;在有限元分析数据基础上,粘贴应变片,组建应力测量系统,实测田间及道路条件下的应变时间历程;对采集的应变数据开展预处理,初步分析其受力情况及动载荷特征,采用n Code软件完成疲劳寿命预测。试验结果表明,车身横梁疲劳寿命为24.1万h、支撑部件寿命为16 500万h,满足使用要求,但支撑部件强度设计过剩,采用workbench的shape optimization对该部件开展轻量化设计,在满足疲劳可靠性条件下,减少了该部件质量24%。     

4UFD-1400型马铃薯联合收获机的研制

针对目前国内条铺式马铃薯挖掘机存在的人工拣拾薯块费工费时、效率低等突出问题,研制了一种44～58.8kW拖拉机半悬挂式中型马铃薯联合收获机。该机主要由仿形碎土装置、挖掘装置、土薯分离输送装置、薯秧分离装置、薯块输送、分级、装袋装置、传动系统、液压操纵装置以及机架、地轮等部分组成,幅宽1400mm,纯工作时间生产率0.3～0.5hm2/h,可一次完成马铃薯挖掘、土薯分离、茎秆、杂草及地膜分离、薯块输送、分级、装袋等作业,收获过程耗用人工少,显著提高了生产效率。田间收获试验表明:该机对旱地尤其是全覆膜旱地马铃薯的收获质量好,土薯分离、茎秆及地膜分离良好,损失率、伤薯率、含杂率分别小于1.38%、4.2%和3.42%。适用于土质松软、无板结的旱地(覆膜)种植马铃薯的联合收获。     

大型收获机械机架平面度在线测量系统设计与试验

由于大型收获机械机架结构的特殊性,传统测量方法难以满足其平面度测量对精度和生产效率的要求。该文提出了一种基于矩形点阵测量的机架平面度测量方法,并结合最小二乘评定算法,构建了包括花岗岩基础平台、液压升降式定位夹紧装置和激光测距传感器及其驱动装置的测量系统,并设计开发了基于虚拟仪器技术的测控软件,实现了测量系统的自动化控制和数据的自动采集与处理,最后以某玉米联合收获机机架为例开展了实际试验验证,测得平面度结果为10.27 mm,结果的不确定度为±0.5 mm。结果表明,该文提出的平面度测量方法及建立的测控系统能够满足大型收获机械机架上表面平面度的快速、准确测量要求,对于保证大型收获机械产品装配质量,提高产品竞争力具有重要意义。     

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场分析与优化

单纵轴流谷物联合收获机清选装置内部流场对筛面风速分布和清选效果具有显著影响。该研究以雷沃重工RG-60型联合收获机为研究对象,通过田间试验测试了清选装置上筛面风速分布情况,结果表明上筛面右侧的风速大于左侧,风速分布均匀性差,造成振动筛左侧的脱出混合物堆积现象,不利于清选作业。为解决上述问题,对清选装置内部脱出混合物的受力和运动速度进行分析,利用Hyper Works软件对清选装置内部的风速分布进行仿真,结果表明风机前出风口和尾筛中部的风速最大值为8.6 m/s,筛面右侧风速偏大,左右两侧风速平均差值为2.6 m/s,试验和仿真结果的各测点风速变化规律一致。对清选装置的结构进行仿真优化,并进行优化后联合收获机田间试验,结果表明当清选装置右侧挡风板逆时针转动30°时上筛面风速分布最均匀,风速最大值为8.7 m/s;左右两侧流场对称分布,筛面各测点的风速比优化前平均提高2 m/s;小麦籽粒损失率为0.89%,含杂率为0.37%;水稻籽粒损失率为1.85%,含杂率为0.51%,清选效果良好。研究结果为单纵轴流收获机清选装置结构设计提供了参考。     

谷物联合收割机测产数据中的误差分析与处理

产量分布图作为实施精细农业的起点与农业生产管理决策的基础，其精度至关重要，而产量数据误差分析与处理则是提高产量分布图精度的关键。通过连续两年使用带有测产系统的联合收割机进行收获试验，并对得到的产量数据进行分析，发现产量数据中主要存在三类误差，即割幅宽度设置误差、填充时间误差和延迟时间误差。讨论了这三类误差的产生原因、识别和处理方法，并对小麦和玉米在不同收获条件下的误差进行了比较。分析结果表明，割幅宽度设置误差数据所占的比例一般小于6%，填充时间误差数据大于10%，延迟时间误差数据小于1%。     

联合收获机脱粒系统动力学模型及调速控制仿真与试验

针对目前联合收获机脱粒调速控制系统仿真设计中所采用的功耗模型的建立仅考虑了单个滚筒的运动状态,并没有考虑到其他工作部件运动对脱粒滚筒转速变化的影响,以及脱出物中杂余含量的影响,因此有必要对联合收获机脱粒系统动力学模型做进一步的研究。该文以XG610型联合收获机为例,在对运动机构进行较为全面的动力学分析和脱粒分离试验数据的基础上,建立了脱粒系统动力学模型,并与模糊逻辑控制器相结合构建了调速控制系统仿真模型。计算机仿真结果显示,当作物密度由0.95增加到1.09 kg/m2,喂入量增加约15%时,调速系统能够在5 s内做出有效调节,避免滚筒出现过载或堵塞现象。田间试验记录数据也验证了当喂入量增加约15%时,前进速度与滚筒转速在5 s内均能有效调节至稳定状态,总体变化趋势与仿真结果相符,验证了所建立的脱粒系统动力学模型的合理性与可行性。该研究为脱粒调速控制系统的仿真设计及后续控制算法的优化提供了参考。     

甘蔗收获机排杂风机设计与试验

为解决甘蔗联合收获机的排杂问题,设计了一种在甘蔗收获机排杂装置中使用的新型风机,并在试验台上进行了试验研究。以排杂风机出风口风速为试验指标,对风机转速、进风口方式和进风口面积进行了单因素试验。试验结果表明,风机最佳性能参数为：风机转速为1?800?r/min、进风口方式为轴向进风、进风口面积为16?475和19?119mm2、距离出风口为50?mm时,出风口风速最大。其5个测量点的风速平均值依次为：13.867、14、11.633、11.333、12.383?m/s。后期排杂试验表明,在此最佳参数下,风机排杂效果最佳。