甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台的设计与试验

为解决甘薯秧蔓相互交错缠绕、难以分离导致收获困难的问题,设计了一种甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台,并对仿垄型拨禾切割机构、伸缩弹齿捡拾机构的作业过程进行受力及运动分析,得到其作业参数范围。为避免仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹齿捡拾机构在作业过程中发生缠绕,搭建了甘薯秧蔓机械化收获防缠绕割台的试验台架,进行单因素试验,以此来确定仿垄型拨禾切割机构和伸缩弹齿捡拾机构的最佳转速范围;利用Design-Expert 13.0软件中Box-Behnken试验设计方法,研究前进速度、切割转速、捡拾转速三因素两两交互作用对甘薯秧蔓回收率、缠绕程度、伤薯率的影响,并建立回归模型,进行试验参数优化,得到最优工作参数组合,即前进速度0.995 m/s、切割转速61.043 r/min、捡拾转速100.939 r/min,此时甘薯秧蔓的回收率为94.553%、缠绕程度为2.169%、伤薯率为0.213%。为验证最优参数的可靠性,将最优工作参数组合数据化零为整,作为田间试验的作业参数,进行田间试验验证,结果表明:甘薯秧蔓的薯秧蔓回收率为93.55%,缠绕程度为2.42%,伤薯率为0.38%。

基于EDEM的花生联合收获机清选装置设计与试验

为进一步降低花生联合收获清选除杂过程中荚果损失率高、含杂率高等问题,重点研究了花生混合物(花生荚果—茎秆—土杂)基本物理参数和悬浮特性,创新提出了一种风筛组合式花生清选装置。该振动筛上筛采取锯齿式结构,下筛采取孔式结构,增加了花生混合物运动距离,提高了花生混合物清选效率。为确定振动筛最佳工作参数,结合EDEM仿真软件,建立了花生荚果—茎秆—土杂离散元模型,系统分析了振动筛往复作业过程中花生混合物的运动轨迹,并以振动筛振幅、频率和倾角为试验因素,以损失率和含杂率为试验指标进行试验优化分析,通过Design Expert 10试验分析软件Optimization,对试验结果进行优化。结果表明:在振动筛最佳工作参数下,即振幅为5.4 mm、频率为24 Hz、倾角为8°时,花生混合物损失率为1.57%,含杂率为1.19%。

三七土壤参数测定及挖掘铲优化研究

针对三七挖掘过程中挖掘铲所受阻力过大的问题,对传统的平面三七挖掘铲进行了优化。首先,对三七土壤参数进行了试验测定,并通过离散元仿真得到了土壤的堆积角,经试验验证所选土壤参数的准确性;其次,采用离散元软件EDEM建立了挖掘铲的仿真模型,计算了其在挖掘过程中所受到的阻力,通过与平面铲对比验证了该结构可以降低挖掘铲在行驶过程中所受到的阻力;再次,以行进过程中所受阻力为指标对挖掘铲进行优化,分析挖掘铲的铲面弧度、铲尖角度、铲的间距和入土角度等参数对挖掘阻力的影响,结果表明:铲面弧度为116°、铲尖角度为120°、铲的间距为86 mm、入土角度为12°时,挖掘阻力最小,相较于传统挖掘铲阻力降低了23.6%;最后,对优化后的挖掘铲进行了试验验证,结果表明:平均误差为2.78%,在5%以内,满足设计需求。研究结果可为块茎类农作物挖掘铲的设计提供参考。

振动挤压式荸荠收获机的设计与试验

针对旱收荸荠(Eleocharis dulcis)时人工劳动强度大、作业效率低和果土分离困难的问题,设计了一种振动挤压式荸荠收获机。通过对作业过程中荸荠土块的受力分析,确定了影响分离性能的关键参数为振动板振幅、振动板振频和钉齿辊转速,并根据已有经验初步确定关键参数取值范围。以振动板振幅、振动板振频和钉齿辊转速为影响因素,以土层破碎率为评价指标,利用Design-Expert 10.0设计CCD中心组合试验,通过RecurDyn-EDEM耦合进行仿真,确定当振动板振幅为33.04 mm、振动板振频6.63 Hz、钉齿辊转速336.72 r/min时,存在较优破碎效果,土层破碎率为93.58%。以振动板实际振幅32.41 mm、振频6.5 Hz,钉齿滚转速330 r/min进行田间验证试验,结果显示,实际土层破碎率93.54%、明荠率80.33%、损伤率28.08%,碎土效果好,与仿真结果拟合度高。试验结果表明,通过增强土层破碎效果进而提高果土分离程度,使得分离后的荸荠抛撒在表层,便于人工捡拾。

土壤-水稻前茬离散元仿真参数标定及其旋耕轨迹分析

在进行稻油轮作区域水稻收获后旋耕作业中的前茬运动、受力仿真分析时,由于缺乏可靠的离散元仿真参数难以准确计算土壤-水稻前茬运动规律和相互间受力。该研究采用EDEM软件对土壤-水稻前茬混合物内部各物质的物理与接触参数进行离散元仿真标定。首先测定了土壤-水稻前茬混合物内各物质物理与相互间接触参数,以堆积角作为评价指标,利用仿真试验进行了显著因素筛选、最优水平取值范围确定及二阶回归模型下最佳参数寻优,对参数进行了标定,得到土壤-水稻前茬混合物模型极显著参数的最优组合为土壤-土壤恢复系数0.407、土壤-土壤动摩擦系数0.123、土壤-水稻前茬静摩擦系数0.596、土壤表面能1.860 J,此时与试验堆积角误差为0.58%。并进行了土壤-水稻前茬间的直剪试验与仿真,得到了稳定后不同垂直应力下试验与仿真的直剪切应力误差分别为:5.4%(50 kPa),4.1%(100 kPa),3.1%(150 kPa)。最后在最优参数组合下,开展了基于MBD-DEM的旋耕土壤-水稻前茬轨迹分析试验,前茬跟随旋耕刀及直接被掩埋两种埋覆场景下仿真与土槽试验轨迹的Spearman秩相关系数分别为0.91、0.84,验证了仿真模型标定参数的准确性。研究结果可为水稻前茬旋耕轨迹调控过程的离散元仿真分析提供可靠的接触参数。

马铃薯收获机扰动分离装置设计与试验

针对现有的小型马铃薯收获机筛面土块破碎效果不佳而影响分离效率和收获品质等问题,结合北方马铃薯主产区收获模式和常用杆条式分离装置,设计了一款马铃薯收获机扰动分离装置。在阐述总体结构及工作原理基础上,结合马铃薯的碰撞特性和土块的破碎过程分析,得到影响薯块损伤和土块破碎的主要因素为扰动深度、偏心轮转速和偏心距;通过EDEM-RecurDyn耦合构建仿真模型,单因素试验得到扰动杆数量最优为4,以扰动深度、偏心轮转速和偏心距为试验因素,以马铃薯碰撞力和土块破碎率为评价指标,运用Box-Behnken中心组合设计方法进行仿真试验,对试验结果进行方差分析,利用响应面分析了各交互因素对试验指标的影响规律,结合实际工况确定影响因素最佳取值。验证试验表明:当收获机分离筛运行速度为0.7 m/s、扰动深度为51.5 mm、偏心轮转速通过调速器设为2.3 r/s、偏心距为31 mm时,土块破碎率为60.7%,电子马铃薯采集的碰撞加速度峰值平均值为790.66 m/s~2,小于马铃薯临界损伤阈值。

轻型马铃薯收获机分离升运装置设计与试验

针对西南丘陵山区马铃薯收获机械短缺、分离升运效果差等问题,设计了一种适宜丘陵山区黏重土壤的链式分离升运装置.通过对分离升运装置薯土分离过程中的力学、运动学、碰撞过程进行理论分析,确定了关键部件结构和工作参数.以机具前进速度、一级分离升运装置线速度、振动机构频率为试验因子,以明薯率、伤薯率作为试验评判标准进行田间试验,建立各评判标准与因子的回归数学模型,分析试验因子对试验评判标准的影响并进行参数优化.结果表明:机具前进速度为0.78 m/s、一级分离升运装置线速度为1.10 m/s、振动机构频率为4.50 Hz时,该收获机明薯率为98.4%,伤薯率为0.7%,理论值与试验值接近,满足马铃薯收获作业要求,优于国家行业标准.

牵引式油莎豆收获机设计与试验

根据东北地区油莎豆收获的农艺要求以及土地情况,为切实解决油莎豆收获机械化程度低、收获成本高、油莎豆根、豆、土分离困难的问题,设计一种牵引式油莎豆收获机。通过升运网链系统、脱粒滚筒、双层4阶4箱式逐稿器分离装置、清选风机和具有漏土功能的籽粒输送系统等工作部件,使油莎豆收获过程具有良好的分离性、流动性和多重清选功能,可有效防止根茎的缠绕、筛网堵塞和分离不净等问题。田间作业试验结果表明:该机具有动力消耗小、作业效率高等特点,样机的整体收获洁净率可达到90.86%。

油莎豆联合收获机合页筛片式升运装置设计与试验

针对油莎豆机械化收获过程中升运振动装置除杂效果不明显,导致油莎豆与土壤杂质等分离不彻底,漏土率较低,伤果率较高的问题,以及在升运输送过程中存在土壤堵塞、回带等问题,结合油莎豆果-土-秧团聚体特性,设计了一种合页筛片式升运装置,通过筛片折弯部分增大筛孔面积,对团聚体提供与链筛运动方向相同的推力,使合页式升运装置提高漏土效率且有效避免了回带现象。对其倾角和固定位置进行了分析和设计,运用EDEM进行仿真试验,以油莎豆链筛线速度、链筛板折弯高度、链筛振动频率为试验因素,以油莎豆团聚体漏土率和伤果率为试验指标,通过三因素三水平正交仿真试验,最终得到输送筛片最佳结构参数组合为:链筛线速度1.151 m/s、折弯高度27.779 mm、振频9.561 Hz,此时升运装置漏土率为96.524%、伤果率为2.439%。田间验证试验结果表明:当链筛线速度为1.2 m/s、折弯高度为28 mm、振频为9.5 Hz时,合页式升运装置平均漏土率为96.05%,平均伤果率为2.38%,与仿真试验所测结果基本一致,满足油莎豆升运链筛工作要求。

多子芋收获机离心回转式根土分离装置设计与试验

针对芋头采挖过程中传统栅条式筛分装置存在土壤破碎质量差、根土分离效果不佳等问题,该研究结合多子芋生长特点,设计了一种离心回转式根土分离装置。构建芋头根土复合体碰撞力学模型和土块冲击破碎力学模型,明晰了影响根土分离效果的主要因素为弹齿倾角、回转筛转速和柔性拨指长径比,并确定取值范围。采用EDEM-RecurDyn耦合方法开展仿真试验,探究芋头根土复合体在筛分过程中经历平衡、失稳、土壤破碎、碰撞翻滚和土壤脱落等全过程动态变化规律,单因素试验确定柔性拨指直径14 mm,长度45 mm;以弹齿倾角、回转筛转速和土壤喂入量为影响因素。以根土分离率和芋头最大冲击力为评价指标,开展二次回归正交旋转组合试验,求解最优参数组合为弹齿倾角16.00°、回转筛转速110.00 r/min、土壤喂入量14.00 kg/s时,根土分离率最优为93.36%,芋头碰撞冲击力峰值最小为150.73N。田间试验结果表明多子芋收获机根土分离率为92.06%,破损率为4.86%,与回归模型预测结果相差1.39%,相较传统栅条式根茎类收获机根土分离率提升了8.61个百分点,满足多子芋根土分离要求。研究结果可为根土复合体破碎分离特性及根茎类作物高效低损采收装备设计提供参考。

黏重黑土条件下马铃薯收获机挖掘装置设计与试验

针对东北地区黏重黑土条件下马铃薯收获机工作阻力大、挖掘铲寿命短、挖掘质量难以保证等问题,将双行升运链式马铃薯收获机挖掘装置改进并设计一种分离式防堵马铃薯挖掘装置。采用理论分析研究方法,解析马铃薯收获机关键部件挖掘铲挖掘过程,探明影响马铃薯收获机挖掘铲工作阻力的主要影响因素;结合黏重黑土条件下马铃薯收获的农艺要求,以行驶速度、铲面铲宽和铲面倾斜角度为试验因素,以挖掘铲最大工作阻力和土壤最大压缩力为试验指标,进行多因素正交仿真试验,设计得出,挖掘铲在保证良好碎土效果且不造成马铃薯损伤的最佳参数,即行驶速度1.11 m·s^(-1),铲面铲宽150 mm,铲面倾斜角度30°时,挖掘铲最大工作阻力为566 N,土壤最大压缩力为152 N。田间验证试验表明,各项指标达到要求且均优于改进前整片式挖掘铲马铃薯收获机。

一种创新型茎块收获机的设计与试验

经过对国内茎块类收获装备的应用现状比较分析和试验,创新设计出一种集挖掘、收获和还田于一体的收获装备。通过生产试验和性能测试,装备的作业质量和性能参数符合研究设计指标,具有切段秆秧、分割土壤、铲起果壤、输送振动、果壤分离、集果和摆动二次果壤分离等农艺功能。试验结果表明:设计的装备解决了现有装备结构设计复杂、制造成本高、果土分离不彻底或需人工捡拾等问题,收获效率高,可确保茎块质量,性能稳定,可靠性高,制造成本适中,作业成本低,并且具有果土分离彻底和秧苗还田的功能等特点。

前置挖掘式小型履带川麦冬收获机的设计与试验

针对川麦冬收获时根土分离难度大、易损伤茎苗等问题,设计了一种前置挖掘式小型履带麦冬收获机,由挖掘装置、输送筛选装置、液压装置和行走装置等组成。为确定收获机的可行性,根据三因素三水平响应面试验法构建入土角度、振动链的输送速度、振动轮的振动频率对麦冬收获损伤率、明茎率和带土率的回归模型,优化回归模型得到最优参数组合,即机器的前进速度为0.1m/s、入土角度为20°、振动链的转速为190r/min、振动轮的振动频率为600Hz。试验结果表明:在最优参数组合下,麦冬收获损伤率为2.94%,明茎率为96.7%,带土率为12.5%,达到了较为理想的收获效果。研究可为麦冬收获机的完善和作业参数优化提供参考。

铲齿-双滚筒组合式花生捡拾装置研制

两段收获是国内花生机械化收获主要方式。大中型花生捡拾收获机所配置的弹齿滚筒式捡拾装置结构复杂且易损坏,捡拾过程中不仅存在植株抛起、壅堆、漏捡和掉果等问题,弹齿弹出地面时也会造成扬尘,严重制约了花生收获作业效率、增加花生损失,加剧环境污染。针对上述问题,该研究在分析弹齿滚筒捡拾花生过程基础上,提出了由铲齿、拨秧滚和捡拾滚(简称双滚筒)构成的花生捡拾机构,研制出相应的捡拾装置样机并进行田间性能试验;基于Box-Behnken中心组合设计原理,以植株捡拾率和荚果落果率为试验指标以机组前进速度,捡拾速比和铲齿半径为试验因素进行了正交试验,并对试验因素进行优化。试验结果表明,铲齿-双滚筒组合式花生捡拾装置作业中不存在植株抛起、壅堆和弹齿扬尘等问题;在田间试验条件下,作业速度为1.2 m/s、捡拾速比为1.2、铲齿半径为498 mm时,花生植株捡拾率均值为99.22%,落果率均值为1.84%,均优于花生捡拾作业标准要求。铲齿-双滚筒研究结果对解决国内花生捡拾收获机存在的捡拾问题具有重要意义。

油莎豆收获机发展现状及建议

采用文献综述、实地调研等方法,系统分析了油莎豆收获机在技术水平、生产效率、适应性及自动化程度等方面的现状与不足。基于这些问题,提出了一系列优化措施和发展建议,旨在提高油莎豆收获机的工作效率、可靠性和经济效益,为油莎豆收获机的进一步发展提供了理论依据和实践指导,以推动我国油莎豆产业的现代化和机械化进程。

基于气固耦合的气筛式马铃薯清选装置参数优化与试验

针对马铃薯联合收获后含杂率高、后续二次清选伤薯破皮严重等问题,对气筛式马铃薯清选装置进行了优化设计,在低损伤的同时保持一定的清选除杂功能,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,得到影响除杂率和薯块损伤的主要因素,通过EDEM-Fluent耦合构建仿真模型,以风机出风口气流速度、摆抖筛摆抖形式、摆抖频率、筛面倾角为试验因素,以马铃薯清选率和洁净率作为评价指标,对清选过程进行了多组仿真,并依据仿真结果进行验证与优化。研究结果表明,清选装置风机出风口气流速度对马铃薯气力清选的可行性起着决定性作用,摆抖筛摆抖形式、摆抖频率和筛面倾角对清选效果影响大,影响由大到小为风机出风口气流速度、摆抖筛筛面倾角、摆抖筛摆抖频率,且摆抖筛前后简谐摆抖优于上下摆抖。最优工作参数组合:摆抖筛前后简谐摆抖、摆抖筛筛面倾角为25°、摆抖频率为10 Hz、风机出风口气流速度为60 m/s,此时仿真试验马铃薯清选率为93.1%,洁净率为98.7%,台架试验马铃薯清选率为91.6%,洁净率为99.2%。研究结果可为马铃薯清选装置设计与优化提供理论依据。

板蓝根收获机锯齿式挖掘装置设计与试验

【目的】设计板蓝根收获机锯齿式挖掘装置,为提高我国板蓝根的机械化收获水平提供支持。【方法】依据板蓝根四垄一行的种植模式,设计了锯齿式挖掘装置及其关键部件,通过对挖掘装置挖掘过程的分析,确定了影响挖掘阻力和土壤破碎率的关键参数。采用EDEM离散元仿真方法,以挖掘阻力和土壤破碎率为评价指标,对铲面倾角、铲刃角、铲尖长度进行三因素三水平仿真试验并建立回归模型,再采用多目标变量优化方法,运用Design-Expert 8.0.6对回归模型进行优化求解以确定最佳结构参数组合,对最佳铲面倾角、铲刃角和铲尖长度组合的圆整值进行虚拟仿真试验验证,在仿真基础上以挖掘阻力和根茎损伤率为评价指标,与现有的三角铲式挖掘装置进行了田间对比。【结果】受力分析表明,影响板蓝根收获机锯齿式挖掘装置挖掘性能的主要结构参数为铲面倾角、铲刃角、铲尖长度及铲体宽度,依据板蓝根种植模式确定铲体宽度最佳值为600 mm。仿真分析表明,锯齿式挖掘装置最佳作业参数为铲面倾角16.68°,铲刃角53.05°,铲尖长度376.75 mm,理论挖掘阻力5.17 kN,土壤破碎率65.20%。利用最佳作业参数的圆整值(铲面倾角17°,铲刃角53°,铲尖长度377 mm)进行虚拟仿真验证,其挖掘阻力为5.19 kN,土壤破碎率为66.03%。田间对比试验表明,相对于三角铲式挖掘装置,锯齿式挖掘装置的挖掘阻力降低了8.41%,根茎损伤率降低了13.43%,2个评价指标均优于三角铲式挖掘装置。【结论】板蓝根收获机锯齿式挖掘装置的铲面倾角为17°,铲刃角为53°,铲尖长度为377 mm时,可以满足板蓝根收获作业的工作要求。

马铃薯机械化收获除杂技术与装备研究进展

高效低损除杂是马铃薯机械化收获的核心环节,直接影响马铃薯的收获效率与收获品质,是助推马铃薯收获模式制定与收获装备研发与产业化进程的关键。由于不同马铃薯种植地区的自然环境等区域差异性较大,各地区马铃薯种植和收获模式复杂多变,因此对马铃薯机械化收获的除杂技术、装置结构和作业原理的需求各不相同。机械化收获除杂是减少生产成本、提高经济效益的重要方法,该研究基于国内马铃薯种植农艺,分析了国内外典型的马铃薯收获机基本结构和技术特点,对马铃薯机械化收获秧膜杂处理技术进行归纳总结,阐述薯土分离、薯秧分离、残膜回收及杂质清选等环节的装置结构与工作原理,对比分析不同除杂装置的特点与技术指标。针对国内覆膜种植、丘陵地区土壤粘重等特点,指出制约国内马铃薯除杂机械化发展的关键问题,并提出规范种植体系,研制适用机型与专用装备,农机农艺农信相融合和产学研相结合等建议,以期为马铃薯机械化收获除杂技术装备的研发应用奠定基础。

三七收获机挖掘铲减阻特性分析与试验

针对丘陵山区三七机械化收获挖掘阻力大和根茎损伤率高的问题,以不同铲型挖掘铲为研究对象,开展三七收获机挖掘铲作业机理与参数优化对比试验。通过理论分析与力学计算,确定各铲型挖掘铲主要结构参数,并通过Solidworks建立挖掘铲三维模型。开展4种铲型挖掘铲的位移流向仿真对比试验,追踪根茎颗粒和土壤颗粒空间运动轨迹,获得三轴位移分部,表明野猪头部仿生曲线特殊的曲率变化对破土阻力有显著影响,仿生铲面通过改变土壤颗粒流动方向,从而降低挖掘阻力。利用Design-Expert 13软件,以挖掘铲铲长、铲宽和铲刃倾角为试验因素,以挖掘阻力为试验指标进行组合试验,得到最优作业参数组合为:铲长354 mm、铲宽40 mm、铲刃倾角70°,在该组合下平均挖掘阻力为439.75 N。开展高速摄影试验,获取三七根茎和土壤运动轨迹,结果表明三七根茎和土壤颗粒运动趋势与仿真试验一致,验证离散元模型可靠性。搭建试验台架,以入土角、铲片间距和挖掘速度作为试验因素,以挖掘阻力作为试验指标进行正交试验,得到不同工作参数对挖掘阻力影响的主次顺序为入土角、铲片间距、挖掘速度,最优工作参数组合为入土角15°、铲片间距80 mm、挖掘速度0.4 m/s。综合评估挖掘铲减黏降阻性能,仿生式挖掘铲作业效果最优。

基于响应面法的马铃薯挖掘铲多目标优化设计

马铃薯挖掘铲是马铃薯收获机挖掘装置的重要组成部分,起到直接与土壤接触,并把马铃薯挖出的作用。在丘陵地区为了保证高效稳定的收获,马铃薯挖掘铲的综合性能对整个收获过程至关重要。使用ANSYS Workbench分析出挖掘铲的应力、应变、变形云图,通过参数化过程选择并验证特征尺寸。基于响应面法建立特征参数和结果的函数关系,通过多目标遗传算法得到候选解集,按照设计要求和优化目的综合考虑选择最优解。优化前后总变形降低了24.88%,总应力降低了21.40%,质量减少了4.58%,减少了质量的同时还明显地降低总变形和总应力,提升了马铃薯挖掘铲的综合性能,为后续实验和生产提供了理论依据。