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。

板蓝根收获机挖掘装置设计与有限元分析

针对现有板蓝根收获机具存在挖掘阻力大、挖掘铲面容易壅土等问题,在研究国内外块茎类作物收获机械的基础上,根据板蓝根的农艺要求、生物特点、收获时的土壤条件等,设计一种作业幅宽为130 cm、最大挖掘深度为40 cm、一次进地可完成板蓝根的挖掘、筛分、铺放等功能的专用两行板蓝根收获机具。运用动量定理、动能定理和几何关系对挖掘铲进行设计,计算得出挖掘铲的最佳入土角α、铲面宽度b、铲面长度l等参数。利用SolidWorks软件中Simulation插件对挖掘铲进行有限元分析并优化。并进行试验验证,试验发现:最佳的入土角α为20°,铲宽b为1328 mm,铲长l为245 mm;有限元分析表明通过在挖掘铲后方增加一道梁,将挖掘铲最大位移量从1 mm减小到0.01 mm,能有效减低失效风险。对整机进行田间试验,结果表明:挖掘铲壅土率低,未出现明显变形;在作业速度1.6 km/h、挖掘深度40 cm的情况下,平均挖净率97.6%、损伤率2.4%。

板蓝根收获机组合筛面摆动式根土分离装置设计与试验

针对板蓝根收获机作业根土分离率低、根茎伤损率高等问题,设计了组合摆动式板蓝根根土分离装置,阐述了该机整体结构及工作原理。结合板蓝根种植模式及板蓝根收获机的作业要求,通过对筛分过程中组合式筛面根土复合体的动力学分析,确定了影响根土分离效果的主要因素及其取值范围。以根土分离率和根茎伤损率为评价指标,以筛面倾角、曲柄转速、曲柄半径为试验因素,进行二次回归正交旋转组合试验,建立了试验因素与评价指标之间的回归模型,分析了试验因素对评价指标的影响,对组合摆动式板蓝根根土分离装置的结构与工作参数进行优化,结果表明,在筛面倾角为14.94°、曲柄转速为440 r/min、曲柄半径为19.95 mm时,模型得到的根土分离率为97.19%,根茎伤损率为2.66%。对优化后的数据在相同条件下进行田间验证试验,结果表明,根土分离率为96.09%,根茎伤损率为2.75%,满足板蓝根根土分离要求。在相同条件下进行田间对比试验,结果表明,筛条筛板组合式筛面根土分离性能优于全筛条式筛面和全筛板式筛面。

板蓝根收获机挖掘铲的设计与有限元仿真分析

为解决板蓝根收获机在作业过程中存在挖掘阻力大、铲面易壅土的问题,依据板蓝根自身特性及种植农艺要求,设计了4UD-600型板蓝根收获机,其作业幅宽600mm,最大挖掘深度为500mm,可一次完成板蓝根的挖掘、土药分离和成条侧出铺放。阐述了收获机的工作原理,对其挖掘铲进行了设计和主要参数的计算,并利用SolidWorks软件中的有限元分析插件Simulation对该挖掘铲进行了静力学分析,最后进行了试验验证。设计采用固定式三角平面挖掘铲,通过动力学分析构建工作阻力模型,依据动量定理、动能定理及几何关系进行计算,确定出挖掘铲的最佳入土角α=19°~23°,铲长L=360~400mm,铲刃张角θ=55°。有限元静力学分析结果显示:挖掘铲的应力主要集中在3个螺纹孔处,且最大应力分布在铲的背面离铲尖较近的两个螺纹孔处,最大应力值为22.44MPa,远小于挖掘铲的许用应力220.6MPa,强度满足设计要求;而产生最大位移的位置为铲尖,变形值为0.09184mm,与整个铲相比此变形量很小,可以忽略。试验结果与仿真结果基本一致,在误差允许的范围内,满足设计要求。