马铃薯联合收获机环形减损集薯升运装置设计与试验

针对现有马铃薯联合收获机升运输送行程长而导致伤薯率高、破皮率高、机具结构不紧凑等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式,设计了一款适用于马铃薯升运作业的环形减损集薯升运装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯运动学模型和碰撞特性分析,得到影响升运效率和薯块损伤的主要因素,通过DEM-MBD耦合构建薯块和装置模型,得到最优参数组合：升运挡板高度为199.21 mm、升运挡板与升运输送带间夹角为75.86°、相邻两升运挡板间距为240.35 mm。台架试验表明：上料量为24 t/h,升运输送带运行速度为0.8、1.0、1.2 m/s时,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为636.63、593.29、685.63 m/s²,破皮率为1.13%、1.06%、1.21%,碰撞加速度峰值均小于马铃薯临界损伤阈值。田间试验表明：作业速度为0.6、0.7、0.8 m/s时,伤薯率为0.94%、1.06%、1.12%,破皮率为1.09%、1.21%、1.33%,环形减损集薯升运装置运行正常,未出现薯块掉落等现象,各部件配合协调,满足装袋型马铃薯联合收获机高效稳定的作业要求。     

基于局部建模方法的卧式柔性清土辊性能优化

针对基于整体建模的卧式柔性清土辊性能优化方法存在仿真成本高的问题,该研究提出一种局部预测整体的建模方法,既降低仿真计算量,同时可以对柔性清土辊进行优化设计。首先,提取柔性清土辊的最小结构特征,并基于几何相似性原理构建整体性能预测模型。其次,基于离散元法（Discreteelementmethod,DEM）与多柔性体动力学（multi-flexible-bodydynamics,MFBD）耦合仿真技术优化求解最小特征结构的最优作业性能。最后,依据预测模型估算柔性清土辊的整体性能。柔性清土辊的清土率和阻力矩与其刷片数量的线性拟合决定系数分别为0.987和0.99。基于局部建模方法和EDEM-RecurDyn耦合技术建立最小特征结构与土壤互作模型,其接触计算量仅为整体建模方法的8%左右。前进速度、安装角、轴向长度和叶片锥角对最小特征结构和刷片的作业性能影响显著,仿真优化结果分别为0.3 m/s、30°、50 mm和0°。上述条件下最小特征结构的清土率和阻力矩为36.87%、18.91 N·m,单个刷片的清土率和阻力矩为2.80%和2.78 N·m,最小特征结构的物理试验结果与仿真结果的相对误...     

叶轮旋转式葡萄藤埋土单边清除机研制

针对目前春季中国北方葡萄种植主产区人工进行葡萄藤清土作业效率低、机械化程度低等问题,该文设计了一种适应于单边清土的叶轮旋转式葡萄藤清土机,主要由机架、刮土部件、叶轮部件和平土搅龙部件组成。刮土部件和叶轮部件能够分别将葡萄藤上方和侧面土壤清除,平土搅龙部件能够将清除的土壤进一步向行间输送并使其均匀地平铺在葡萄行正中间。以机器前进速度、叶轮转速和搅龙转速为因素,以清土中心距为指标,在离散元软件EDEM中对葡萄藤清土机作业进行仿真试验,得到最佳工作参数:前进速度1.2 m/s、叶轮转速420 r/min、搅龙转速300 r/min,此时清土中心距为44 mm。加工物理样机并进行田间试验,田间试验结果与仿真结果基本一致,两者清土中心距的相对误差约为15%,满足葡萄藤清土机单边清土的作业要求。该研究可为后续其他类型葡萄藤清土机的研制提供参考。     

自动避障式葡萄藤防寒土清土机研制

针对目前葡萄藤防寒土清土机自动化程度低、清土不彻底和易伤藤等问题,该研究基于多体动力学软件RecurDyn和离散元软件EDEM耦合仿真的方法,面向中国北方砂壤土地区葡萄园内的葡萄藤防寒土清除,提出采用柔性刷子与橡胶组合的清土作业部件,并设计了一种自动避障式葡萄藤防寒土清土机,主要由机架、避障摆动机构、避障信号采集机构、控制器、清土部件、挡土板、传动部件和限深轮等部分组成,在机具前进作业过程中,通过触杆感知自动避开水泥柱,并将葡萄藤上覆盖的防寒土清除干净。采用耦合仿真试验,模拟整机避障清土的作业过程,以机具前进速度、避障油缸速度、清土部件转速和触杆转动角度阈值为试验因素,以土壤清除率为试验指标,进行四因素二次回归正交旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归显著性分析,确定了对试验结果影响显著的因素,以土壤清除率最大为优化目标,获得了机具的最佳作业参数组合:机具前进速度0.43 m/s、避障油缸速度60 mm/s、清土部件转速550 r/min、触杆转动角度阈值10°,此时仿真优化的土壤清除率为54.65%。加工物理样机并进行田间验证试验,得到田间试验的土壤清除率为59.73%,与仿真试验的土壤清除率相对误差约为8.50%,田间试验结果与仿真优化结果基本一致,满足自动避障式葡萄藤防寒土清土作业要求。研究结果可为触土机具避障机构的整体设计及优化提供理论依据和技术支撑。     

翻抛机清土装置的仿真设计与分析

基于翻抛机清土铲应用工况容易损坏的缺点,设计一种兼有清土和避障功能的清土装置。应用Solid Works建立清土装置三维模型,并利用其内置功能插件分别对清土装置的避障工况和避障清土混合工况进行运动学仿真和有限元受力分析。通过运动仿真得到位移和角速度曲线图,显示清土装置旋转清土范围60°,铲尖提升高度200mm,符合初步设计功能要求。同时,分析主要受力零件清土铲铲体两种工况下的对等应力云图,得出受力安全系数分别为1.3和1.4,验证了设计的合理性和准确性,为进一步研究清土铲的速度和力学性能提供理论参考。     

一款简易型葡萄清土机的设计与试验

葡萄在我国种植面积大,主要集中于北方地区,由于不耐寒,冬季需修剪后埋土越冬,春季进行葡萄藤清土上架,工作量大。根据北方葡萄春季出土农机农艺要求,研发出一款结构简单、使用轻便、经济适用性强的葡萄藤清土机具,试验机具经结构力学分析及试验表明,机具清土效果佳,清土合格率达92.9%,工作效率为0.63 hm²/h,机具稳定性好,适合敦煌地区葡萄藤春季清土作业。     

柔性刷辊式葡萄藤清土机设计与试验

为解决新疆地区现有葡萄藤清土机械伤藤率高、彩条布上方大量覆土影响葡萄藤清土上架和彩条布回收的问题,采用柔性刷辊设计了一种刷辊式葡萄藤清土机。该机关键部件为清土装置,作业时通过清土刷的旋转运动和横向伸缩机构的往复运动将彩条布上方的覆土清除。首先进行清土刷结构设计和材料选择,然后对清土刷工作过程进行运动学理论分析,得到影响清土机作业性能的主要参数。通过单因素试验确定清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径的合理取值范围,以清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径为试验因素,以清土率和伤藤率为评价指标,开展三因素三水平正交试验。试验结果表明,各试验影响因素对清土率和伤藤率的影响显著性大小顺序为清土刷转速、横向伸缩机构往复速度、清土刷回转直径。较优参数组合为：清土刷转速250r/min、横向伸缩机构往复速度0.14m/s和清土刷回转直径600mm,在此参数组合下进行3次验证试验取平均值,清土率为90.98%,伤藤率为3.27%,与优化值相对误差均小于5%,证明样机设计合理。     

第四代葡萄清土机设计与试验

葡萄作为我国产量第3大鲜食水果,风味佳,口感独特,在敦煌地区大面积种植,经济效益好,但北方地区所种葡萄在春季需进行清土作业,工作量大,根据农艺需要,研发了一款适应不同树龄,一次性复合清土效率较高的葡萄藤清土机具,经力学分析和实地开展试验表明,机具使用稳定性好,对葡萄藤的机械损伤小,适应性强,机器的综合清土效率可达93.47%,机器综合工作效率为0.62 hm²/h,该机具符合敦煌地区葡萄藤春季清土需要。     

葡萄藤防寒土与清土部件相互作用的离散元仿真参数标定

为系统地研究中国北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土及其与清土机清土部件常用材料(Q235钢、橡胶)相互作用的离散元仿真参数,以构建准确的土壤离散元仿真模型,该文选用整合延迟弹性模型(hysteretic spring contact model,HSCM)和线性粘附模型(liner cohesion model,LCM)作为土壤颗粒间的接触模型;基于土壤堆积试验,以土壤颗粒间恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数和土壤粘附能量密度为因素,以土壤堆积角为指标,利用EDEM进行通用旋转中心组合模拟试验,采用Design-Expert软件对试验数据进行回归分析,以实测的土壤堆积角作为优化目标值,获得土壤颗粒间的最佳接触参数组合;利用土壤屈服试验获得HSCM模型参数;基于斜面滑动法原理,利用倾斜板试验台测得土壤与Q235钢和橡胶之间的静摩擦系数,并以此为基础,采用土壤滑落试验,以滑动摩擦角为响应值,对土壤颗粒与Q235钢和橡胶之间的恢复系数和滚动摩擦系数进行寻优,得到最优解参数组合。为验证标定优化的离散元模型参数的准确性,采用刮土板土槽试验和仿真试验进行对比分析,获得刮土板在土槽试验和仿真试验中的水平前进阻力分别为228.36 N和213.79 N,两者之间的相对误差为6.38%,表明仿真模型中土壤的物理力学特性与实际土壤基本一致,验证了葡萄藤防寒土离散元仿真参数标定结果和研究方法准确可靠。研究结果可为基于离散元法研制适用于北方地区沙壤土质地的葡萄藤防寒土清土机提供理论基础和技术支撑。     

弹性揉搓式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分离与清土除杂效果不够理想，伤薯率、破皮率和含杂率较高等问题，该研究采用“双重振动分离+弹性揉搓除杂+缓冲减损集薯输送”收获工艺，设计了一种弹性揉搓式马铃薯联合收获机，主要部件包括挖掘装置、液压调控薯土分离装置、弹性揉搓清土除杂装置和缓冲减损集薯输送装置等。在阐述整机结构、收获工艺特点和工作原理的基础上，分析马铃薯运行轨迹、碰撞过程及土块破碎透筛过程，确定双重振动薯土分离段、弹性揉搓清土除杂段和缓冲减损集薯输送段的结构及运行参数，以满足高效分离除杂和减损防损需求。通过田间试验验证，在挖掘深度为220 mm，作业速度分别为3.17和4.16 km/h时，损失率分别为1.17%和1.43%，伤薯率分别为1.30%和1.27%，破皮率分别为1.98%和1.84%，生产率分别为0.41 和0.54 hm²/h，各项性能指标均满足相关标准的要求，可为装备研发和优化改进提供参考。