| 基于离散元的菠菜收获机根切铲优化设计与试验 |
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| 引用本文： | 苑进,李金光,邹亮亮,刘雪美. 基于离散元的菠菜收获机根切铲优化设计与试验[J]. 农业机械学报, 2020, 51(S2): 85-98 |
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| 作者姓名： | 苑进 李金光 邹亮亮 刘雪美 |
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| 作者单位： | 山东农业大学;山东省园艺机械与装备重点实验室;山东省农业装备智能化工程实验室 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金项目(51675317)和国家重点研发计划项目（2017YFD0701103-3） |
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| 摘 要： | 针对菠菜收获过程中收获散乱、根切阻力大等问题,从根土复合体特性着手,分析收获过程中菠菜根、土壤与根切铲之间的互作关系,以优化根系聚拢、减少土壤雍堵和降低铲切阻力,提高菠菜切根效率。设计了一种兼具切根与根系聚拢功能的新型根切铲,建立了根切受力模型,对铲刀的关键参数进行计算优化,确定了铲刀滑切角为60°,刃口角为45°;测定了菠菜根的生物力学特性,建立菠菜根柔性体离散元模型,并基于颗粒接触力学模型的本构方程计算出菠菜根的粘结参数,结合土壤模型建立菠菜根土复合体,并对各项参数进行标定;构建了根切铲与根土复合体的铲切过程仿真,明晰根切铲的工作机理,确定影响切根与根系聚拢性能的主要参数。利用响应面法对根切铲各项参数进行优化,确定根切铲的最优设计参数为：铲翼角76°、铲翼长度占比57%、铲槽面积占比40%。田间根切试验表明：根切合格率均值为93.8%,采收率均值为87.2%。本研究可为菠菜收获机根切机构的研制提供理论指导。
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| 关 键 词： | 菠菜收获 根切铲 离散元法 根土复合体 设计优化 |
| 收稿时间： | 2020-08-05 |
Optimal Design of Spinach Root-cutting Shovel Based on Discrete Element Method |
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| YUAN Jin,LI Jinguang,ZOU Liangliang,LIU Xuemei. Optimal Design of Spinach Root-cutting Shovel Based on Discrete Element Method[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2020, 51(S2): 85-98 |
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| Authors: | YUAN Jin LI Jinguang ZOU Liangliang LIU Xuemei |
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| Affiliation: | Shandong Agricultural University;Shandong Provincial Key Laboratory of Horticultural Machinery and Equipment;Shandong Agricultural Equipment Intelligent Engineering Laboratory |
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