大豆收获机割台关键技术及损失研究现状分析

割台作为大豆收获机的核心部件,其技术性能直接关系到大豆的收获质量和收获损失率。针对割台仿形设计、割台高度控制技术、影响割台损失率的关键技术展开研究和分析。首先,综述割台仿形机构与割台高度控制的结构、工作原理及关键技术,对比分析国内外的研究差距。其次,针对大豆炸荚、割台关键技术与割台损失的相关性进行深入分析,探讨割台损失产生的主要原因和影响因素,提出关键技术的改进建议。最后,展望我国大豆收获机割台在多元化、智能化与自动化方向的发展趋势,大豆炸荚生物特性及大豆收获机收获损失研究方面的发展趋势。研究发现,我国现有大豆收获机存在割台仿形性能差、割台自适应控制技术滞后、割台损失率偏高等问题。同时有效揭示国内大豆收机割台仿形机构、割台升降装置、割台的自适应性及割刀等关键技术存在的问题,割台振动、割台位置与仿形及撞击力导致割台损失率高的原因,为我国大豆收获机割台关键技术的突破创新及降低收获损失的进一步研究提供重要参考。

甘薯茎叶收获仿垄型割台的设计与试验研究

为解决甘薯茎叶相互交错缠绕、难以分离导致收获困难的问题,设计了一种甘薯秧蔓收获机拨禾割台,并对锯齿形圆盘刀、拨禾轮式仿垄型割刀切割甘薯茎秆的过程进行力学和运动学分析,得到其作业参数范围。利用ANSYS和SolidWorks分别建立甘薯茎秆的柔性体和拨禾轮式仿垄型割台模型,将建立好的模型在ADAMS仿真软件中进行植株与割台之间的刚-柔耦合模型分析,得到割刀切割茎秆时所产生的切割力大小。以机组前进速度、割台转速、切割角度作为田间试验因素,甘薯秧蔓回收率为验证指标进行田间试验,并利用Design-Expert 13.0软件中Box-Behnken试验设计方法,研究各试验因素交互作用对甘薯秧蔓回收率的影响,建立回归模型,得到最优工作参数组合。结果表明,当机组前进速度为0.801m/s、割台转速为50.037r/min,切割角度为123.309°时,甘薯秧蔓的回收率达到91.524%。根据最优工作参数组合为作业参数进行田间试验验证,结果表明:甘薯秧蔓回收率的平均值为92.83%,相对误差小于5%,最优参数合理。

基于PID调控的割台仿形高度控制系统的设计

为降低谷物联合收获机收获作业时因割台高度不当造成的粮食损失,减少割茬高度过高对后续播种环节的影响,利用传感器监测地面起伏变化,设计了一种基于PID调控的割台高度自适应控制系统;设计了基于角度传感器的地面仿形监测机构与割台高度反馈机构,标定并拟合出割台高度与传感器电压信号的线性关系;加装集成式电磁比例阀替换原有割台控制电控换向阀,并进行PWM控制试验。同时,分析了整套自适应控制系统的结构与电液控制原理,并进行了多组田间对照试验,结果表明:设计的基于地面仿形的割台高度自适应控制系统具有稳定的响应速度和理想的控制效果,在平原地区作业时相较于传统人工控制割台的方式有明显的优势,能适应平原地形环境下5~11km/h收获作业速度的要求。研究结果为后续无人驾驶谷物联合收获机的研发设计提供了割台装置控制策略的理论依据。

基于二阶欠阻尼阶跃响应的收获机割台液压缸选型分析

割台是谷物收获机的重要组成部分,割台性能的好坏决定着收获机在收获作业时的作业质量。割台液压缸选型确定方面,传统方式大多采用对割台质量及液压系统工作负载进行分析,利用经典力学的方式进行割台油缸的选型。随着自动控制理论的发展,割台高度闭环控制技术也越来越多地开始出现在国外领先收获机机型上,仅考虑力学负载分析的方法已经无法满足割台高度自动控制系统的需要。针对控制系统稳态分析的要求,割台油缸在满足工作负载的前提下,还需考虑系统的超调量、反应时间及过调震荡时间等因素。为此,进行割台升降运动过程建模分析,论证出割台控制模型为二阶欠阻尼模型系统,发现固有频率ωn与阻尼比ζ决定着系统动态指标。通过对液压缸内部分析,求出了割台液压缸系统的传递函数,确定出当其他机械参数不变时,割台油缸的管径影响着割台液压缸系统的固有频率ωn与阻尼比ζ。综合采用上升时间tr、峰值时间tp、超调量σ%和调节时间ts等4种系统稳态指标确定了最佳割台油缸参数,并进行了Amesim仿真试验。研究结果为后续无人驾驶谷物联合收获机的研发设计提供了割台装置控制策略的理论依据。

4KHZ-330型食葵联合收获机设计与试验

针对食葵机械化收获水平低、损失大、含杂率高及籽粒破损严重等现状,该研究根据成熟期食葵生物特性,在传统联合收获机结构基础上设计一种4KHZ-330型食葵联合收获机,在割台上增设脱粒装置实现葵盘在割台上脱分,可有效缩短葵盘输送路径,提高清选质量。首先阐述食葵联合收获机的总体设计方案及动力传动模式,并对割脱一体式割台、割台升降机构、清选装置及气力输送装置等关键部件进行设计,确定相关参数。机具配套动力113 kW,工作幅宽为3300 mm,可一次完成食葵切割、脱粒、输送、清选、集籽、集草及卸载等工序。田间试验表明,收获机在低、中、高3种工作档位下,总损失率均低于4.0%,籽粒含杂率均低于5.0%,籽粒破损率均低于2.0%,生产率为0.40~0.85 hm^(2)/h,作业性能指标满足食葵机械化收获标准。作业过程中收获机各关键部件之间运动协调关系平稳,食葵喂入顺畅,工作效率高,可以作为食葵联合收获机使用。

国内玉米联合收获机技术进展

在研究国内玉米联合收获机割台系统、轴流脱粒系统、智能清选系统、谷物流量传感系统和在线监测系统等关键部件技术研究概况的基础上,介绍了几款玉米籽粒收获机、青饲料收获机和鲜食玉米收获机的主要技术特点,为今后研究技术和性能先进的玉米联合收获机提供参考。

玉米收获机的控制系统优化设计

针对4YZL-9型玉米收获机,设计了一款控制系统,并以PLC控制器为核心,分别设计了驱动行走子系统、割台液压子系统及脱粒清选液压子系统。主要的控制过程为:利用湿度传感器采集玉米籽粒含水量,利用压力传感器采集检测玉米喂入量,利用霍尔传感器检测收获机各种速度信息,利用位移传感器检测玉米的距离,并将这些数据发送给PLC控制器,经过计算,输出驱动命令,通过电磁换向阀和电磁比例阀调节控制收获机的割台高度、行走速度、脱粒滚动转速、风机转速及清选筛箱转速等,使得玉米收获机高效的完成行走、收割、脱粒、清选等一系列的收获作业。试验结果表明:加装了控制系统的4YZL-9型玉米收获机正确采摘率为96.7%,玉米粒损失率≤2.4%,籽粒破损率≤3.6%,收获机故障率≤5%,含杂率≤2.8%,能够准确高效地完成玉米的收获作业。

甘蔗收获机割台随动控制系统设计与试验

针对国内现有甘蔗收获机无法对割台高度实施自动控制的问题,设计了一种割台随动控制系统。系统由自重摆动式仿形机构、STM32控制器、位移传感器、上位机模组、按键模块、电磁阀及驱动模组组成。自重摆动式仿形机构与地面直接接触并保持贴附,实时检测收获作业时的地面起伏变化,同时可以依靠仿形机构外廓曲面减小收获机倒退时地面对自身关键部件的冲击。建立割台高度控制参数模型,运用PID控制算法,有效地实现收获机割台高度的精确控制,进一步提升了甘蔗收获机自动化水平和工作性能。田间试验结果表明,收获机在安装割台随动控制系统后,割台随地形起伏变化而变化,使破头率降低,平均破头率为21%,通过与人工控制收获试验对比,平均破头率下降18.5个百分点。

The status and prospects of in situ grain harvesting technology and its machine system

Two main types of in situ grain harvesttng machine are introduced. The comparison of their working principles and advantages are given. The limitations and prospects for stripper header are discussed.

AMESim仿真技术在液压与气压传动课程实践中的应用——以收获机割台液压系统为例

随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,利用计算机作为工具来研究实际系统的特性已成为可能。液压仿真技术的发展为液压与气压传动课程实践提供良好的技术手段。以收获机割台液压系统为例,通过割台系统分析、液压回路设计、AMESim建模和割台升降工作过程仿真等,介绍AMESim仿真技术在液压与气压传动课程实践中的应用,为液压与气压传动课程实践改革提供一种新的方法。

食葵割台落粒损失和籽粒表皮损伤关键影响因素分析

食葵联合收获机田间作业时,割台拨禾轮在拨禾过程中碰撞葵盘造成葵盘落粒,在螺旋输送器输送籽粒和葵盘过程中,籽粒表皮受到摩擦作用力导致表皮损伤,此外割台剧烈振动也会引起茎秆抖动,进而造成葵盘落粒。针对上述问题,该研究对适收期内不同含水率下食葵收获过程中割台碰撞、振动作用对葵盘落粒损失以及摩擦作用对籽粒表皮损伤的影响规律进行试验研究,明确食葵较佳收获时期,提高食葵收获作业效果。首先,开展拨禾轮与葵盘碰撞作用对落粒损失影响试验和螺旋输送器输送过程对食葵籽粒表皮损伤影响试验,结果表明籽粒含水率与落粒损失率呈极显著负相关(P<0.01),与籽粒表皮损伤率呈极显著正相关(P<0.01)。其次,根据食葵收获对籽粒损失率和损伤率的要求确定了落粒损失率和籽粒表皮损伤率对收获效果的影响权重分别为0.54和0.46,通过目标函数寻优得出籽粒含水率为9%~13%为食葵较佳收获期。最后,基于Default Shaker液压振动台研究联合收获机主要振动频率范围内(1~40 Hz)的振动激励对落粒损失的影响,结果表明,食葵植株在7Hz振动激励作用下葵盘落粒损失率最大为1.5%。试验结果可为割台关键部件运行参数的优化奠定基础。

穗茎兼收鲜食玉米收获机割台自适应仿形系统研制

为解决穗茎兼收鲜食玉米收获机割台仿形存在的问题,基于超声测距原理,研制了一种穗茎兼收鲜食玉米收获机的割台自适应仿形系统。该系统中,超声波测距传感器安装在割台分禾器前端,用于实时检测割台分禾器与地面高度差,将高度差信号传输至玉米收获机的中心控制终端,由控制终端发出相应调整指令,控制割台调整液压系统进行割台高度调整,实现玉米收获机在作业过程中的割台自适应仿形。以1台4行190kW穗茎兼收鲜食玉米收获机为样机,搭载所研制的割台自适应仿形系统,开展仿形系统验证试验,玉米收获机作业行走平均速度4km/h,割台转速400r/min,安装2个超声波测距传感器,割茬高度控制在90~110mm范围内,在累计作业8h的验证试验中,割台调整平稳,割台无触地现象,试验结果验证了割台自适应仿形系统的有效性。

9L-200型灌木收获机设计与试验

针对柠条、沙棘、沙柳和紫穗槐等灌木植物机械化收获需求,研发设计了9L-200型灌木收获机。采用适合于沙地、沙坡、丘陵地和泥泞地的履带底盘,驱动采用定量液压泵+比例阀+变量行走马达;利用锯切原理,设计双圆锯盘向内旋转对灌木实施无支撑切割的切割拨送割台;开发组合式切碎滚筒装置;通过增减动刀和动刀刀架数量,实现切段长度的有级调整;设置了反转齿箱装置,达到快速排除堵塞的效果。经国家农机具质量检验检测中心现场检测及田间试验检测,该机生产率为0.40~0.67 hm2/h,物料切割长度20~40 mm可调,各项性能指标达到了设计要求,可满足大规模灌木平茬收获和工业化资源利用的市场需求。

多作物收割机割台的设计与试验

针对作物收获时农机具利用率低且存在因振动造成割台损失大、工作稳定性差等问题,以4LZ-3.2型水稻联合收割机为研究对象,设计一种面向水稻、玉米、大豆联合收割的多作物割台,确定割台伸缩、接穗板及连杆机构的具体参数,开展割台振动试验和田间收获试验。通过增设液压缸伸缩机构和基于连杆联动的接穗板变换机构来满足多作物收割要求,理论分析确定玉米收获时割台伸缩长度为200 mm;接穗板的折角为15°、总长为300 mm、宽度为30 mm、折起长度为135 mm、厚度为5 mm;连杆Ⅰ长度为330 mm,连杆Ⅱ长度为70 mm,拉杆长度为530 mm,转动杆长度为510 mm;部件所用材料均为Q235钢板。振动试验结果表明:在发动机低转速(1800 r/min)时割台振动以收割机共振为主;高转速(2600 r/min)时以振源影响为主,其中切割器的往复运动是主要振源;物料流的喂入对割台不同位置的振动强度受挠度影响很大,而喂入量的变化对割台振动影响不大。可见,所设计割台损失较通用收割机割台变化不大。田间收获试验表明:收割机行驶速度为0.6~1.4 m/s时,收割机收获水稻、玉米、大豆时的割台损失率平均值分别为0.42%、0.49%、0.31%,均小于相关国家标准,表明所设计的多作物收割机割台对3种作物的适应性较好,伸长割台对作物损失影响较小。

联合收获机割台高度自动调节装置设计与试验

为了满足多作物联合收获机在收获不同作物时的割台调节需求,研发了割台地面仿形机构,采用接触式和非接触式传感器协同工作的方法检测割台高度,将检测的割台高度平均值与设定值进行比较,并通过模糊控制器来调节割台高度。对4LZ-5B型多作物联合收获机进行了割台高度自动调控的仿真与田间试验研究,结果表明:在收割油菜、水稻和谷子时,割台高度自动调控系统均能稳定运行,且割台高度控制误差不大于15mm,可以满足不同作物的收获要求。

立辊式玉米收获割台夹持输送装置设计与试验

针对现有立辊式玉米收获机割台夹持输送装置存在的夹持稳定性差、断茎率高等问题,该研究基于立辊式玉米割台摘穗特点,设计了一种夹持输送间隙随植株茎秆粗细自适应调节的夹持输送装置。该装置由分禾机构和夹持输送机构组成,分禾机构保证玉米植株的单株有序喂入,并辅助往复式切割器完成植株根部的切割;夹持输送机构实现切断植株在立辊式割台上的有效夹持和输送。通过对拨禾喂入过程植株的运动分析以及夹持切割和夹持输送过程植株的姿态变化规律分析,确定夹持输送装置有效拨禾段链条长度为500 mm,夹持输送机构轨道长度为1100 mm,割台最大夹持输送量为3株,夹持轨道间的垂直距离为40 mm,两夹持链条间的夹持间隙可调节范围为16~40 mm。采用响应曲面法分析了收获机前进速度、主动链轮转速、割台倾角和植株喂入角对夹持输送装置作业性能的影响。试验结果表明,当收获机前进速度为2.8 m/s、主动链轮转速1210 r/min、割台倾角18°、植株喂入角为60°时,果穗总损失率为0.83%,断茎率为0.12%;相比现有普通夹持输送装置,果穗总损失率和断茎率分别由2.80%和0.98%降低到0.83%和0.12%,分别降低了30%和12%。研究结果可为立辊式玉米收获割台的优化改进提供理论依据和参考。

丘陵山地藜麦联合收割机设计与试验

我国藜麦多种植于高海拔、丘陵山区,种植地块小、坡度大、道路狭窄,为降低普通稻麦联合收割机收割藜麦损失大、含杂高、喂入不畅等问题,本研究针对藜麦种植农艺和茎秆特性设计了一种丘陵山地藜麦联合收割机。该机采用小行距扩口链齿喂入装置,配合下割刀、纹杆与杆齿组合式纵轴流脱粒滚筒、组合式分离凹板、双层往复式振动筛等装置,实现藜麦顺畅喂入、脱粒与分离、清选作业,对关键部件进行设计仿真,并进行田间试验。仿真结果表明:藜麦分禾喂入过程分禾角度较小,不会产生茎秆折损。试验结果表明:藜麦籽粒含水率14%、茎秆含水率为26%时,脱净率96.83%、含杂率4.30%、破损率0.15%、割台损失率1.54%、夹带损失率0.92%、清选损失率0.52%、总损失率2.98%。作业期间整机运行平稳,满足藜麦机械化收获要求与作业指标,可以作为丘陵山地藜麦联合收割机使用。本文可为藜麦联合收割机设计与试验提供一定参考。

青饲料收获机6.0m立辊割台的设计

针对大型青贮机宽幅割台配套短缺、现有割台幅宽小、收获效率低的问题,研发设计了工作幅宽为6.0m的折叠式青贮机立辊割台。利用Solid Works三维设计软件分别对切割喂入滚筒、分禾装置、割台变速器、液压折叠装置等进行了仿真设计。样机田间试验结果表明:青贮机收获效率高,作业切割输送顺畅,收获损失率为0.9%,割茬平均高度118mm,达到了设计要求,可为我国6.0m及以上的大型青贮机割台的研究提供参考。

小区谷物联合收获机割台设计与试验研究

在对现有收获机割台的设计原理和优缺点进行对比分析的基础上,设计了拨禾轮齿带毛刷清扫、风吹清种、中间喂入、环形橡胶输送带柔性输送的卧式全喂入割台,避免金属制输送器对种粒的挤压损坏和易残留问题,实现种子收获时降低破损率和混种率的目的。对割台各部件进行形式对比和计算分析,得到最佳割台组合形式。为避免收获过程中受割刀机构的惯性不平衡力、切割作用的冲击载荷、拨禾轮和割台输送机构等运动元件载荷引起的共振,对设计完成的收获割台底架进行了模型分析,保证了割台底架形式的有效性。运用回归分析试验设计方法,对割台拨禾装置建立了数学模型,并进行了优化分析处理,为小区育种机械化收获技术提供了理论与技术支持。

青贮玉米收获机割台技术研究概况

介绍了我国青贮饲料的发展状况,对目前国内外主流的自走式青贮玉米收获机割台技术发展现状、割台类型及结构、切割过程等进行了综合论述。概述了我国在割台技术方面与先进国家存在的差距,提出一些国内割台技术研究中存在的缺陷,探寻今后的发展趋势,为割台的设计制造和改进创新提供一些参考依据。