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。