甘藍收獲關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究.pdf

1、經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國的農(nóng)業(yè)機械化水平有了較大幅度的提高，但同發(fā)達國家相比，整體的水平還比較低。目前，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，特別是蔬菜生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)還主要是依靠人工來完成，蔬菜生產(chǎn)的收獲作業(yè)，季節(jié)性強、平均勞動強度大，需要大量勞動力來完成。而隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的逐步加快，農(nóng)村人口向第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的速度也越來越快，農(nóng)村勞動力正在逐年減少，青壯年勞動力出現(xiàn)不足。
　　 結(jié)球甘藍由于產(chǎn)量高、品質(zhì)好、抗寒、耐儲存和易運輸?shù)忍攸c，成為我國的主

2、要蔬菜之一。本研究針對目前國內(nèi)甘藍收獲用手工完成，帶來生產(chǎn)成本高、勞動強度大、生產(chǎn)效率低、損失率高等不足，結(jié)合我國廣大農(nóng)村實際，在試驗研究的基礎(chǔ)上，研制一種甘藍收獲機以滿足甘藍生產(chǎn)機械化的迫切需求。到目前為止，我國除臺灣地區(qū)外還沒有開發(fā)出甘藍收獲機，所以研制甘藍收獲機有十分重大的意義。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面。
　　 (1)甘藍的物理力學(xué)特性的研究。通過實驗室和田間對收獲期的早熟結(jié)球甘藍的測定，來探求其總高度、結(jié)球尺寸

3、和質(zhì)量、根莖長度和直徑等形狀數(shù)據(jù)，測定其在土壤中的拔取力和根莖不同位置的水份，通過自制試驗裝置測定其剪切強度等力學(xué)參數(shù)。應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的方法，使用Design-Expert Version6.0.10軟件對試驗得出數(shù)據(jù)進行了分析，試驗結(jié)果表明:甘藍在田間的拔取力為[103.0，279.0]N;甘藍根莖自上至下4個不同部位的含水率呈逐漸減小趨勢，分別為[87.85，90.89]％、[84.45，91.45]％、[75.83，83.31]％、[

4、79.79，87.11]％;剪切強度逐漸增大，分別為[5.37×10-2，2.85×10-2]MPa、[2.58×10-2，1.10×10-2]MPa、[1.06，1.78] MPa、[1.25,1.97] MPa。
　　 (2)甘藍收獲機的方案設(shè)計。通過調(diào)查我國北方甘藍種植模式可知，其主要為單行壟作，育苗后人工移栽，根據(jù)我國農(nóng)村現(xiàn)有動力機器型譜，設(shè)計了甘藍收獲機的方案。確定了牽引方式、配套動力、收獲行數(shù)以及主要技術(shù)參數(shù)。該機主

5、要由雙圓盤導(dǎo)入裝置、仿形機構(gòu)、雙螺旋拔取裝置、帶式扶持裝置、切根裝置、鏈?zhǔn)教嵘斔脱b置、外包葉去除裝置、集收裝置、地輪、機架以及傳動系統(tǒng)等組成。
　　 (3)甘藍收獲機拔取輸送機構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化試驗研究。對甘藍拔取機構(gòu)進行受力分析，建立了其受力分析模型，得出了甘藍正常輸送的條件和影響因素，為試驗奠定理論基礎(chǔ)。采用四因子五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的試驗方法，根據(jù)受力模型的分析結(jié)果，選取有影響的螺桿轉(zhuǎn)速、桿間距離、螺桿節(jié)間和螺桿與地面

6、夾角等四個因素，以拔取輸送率和切根不合格率為目標(biāo)函數(shù)，探索甘藍收獲機拔取輸送機構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)和各因素對目標(biāo)的影響規(guī)律。
　　 試驗結(jié)果表明，四個影響因素的貢獻率依次為螺桿節(jié)距、桿間距離、螺桿轉(zhuǎn)速和螺桿與地面夾角;優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)和運用參數(shù)為螺桿轉(zhuǎn)速627 r/min、桿間距離28 mm、螺桿節(jié)距38mm、螺桿與地面角度14°。
　　 (4)甘藍收獲機剝皮輸送機構(gòu)的設(shè)計與試驗研究。研制一種摩擦擠壓式甘藍剝皮機構(gòu)，對由滾輪和皮

7、帶組成的剝皮機構(gòu)的剝皮原理進行了分析，建立了基于擠壓摩擦原理的甘藍剝皮受力分析模型，得出了影響甘藍剝皮的主要因素。采用四因子五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計的試驗方法，根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)和受力模型的分析結(jié)果，選取有影響的皮帶帶速、滾輪轉(zhuǎn)速、輪帶間距以及輪帶夾角等四個因素，以甘藍剝皮率和運送率為目標(biāo)函數(shù)，探索甘藍收獲機剝皮輸送機構(gòu)各因素對目標(biāo)的影響規(guī)律和最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　 試驗結(jié)果表明，四個影響因素的貢獻率依次為滾輪轉(zhuǎn)速、皮帶帶速、輪帶間

8、距和輪帶夾角。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)和運用參數(shù)為皮帶帶速2.0 m/s、滾輪轉(zhuǎn)速192 r/min、輪帶間距44.5 mm、輪帶夾角為43°。
　　 (5)關(guān)鍵機構(gòu)的研究與設(shè)計。針對甘藍由人工移栽，壟上株間不成直線的現(xiàn)狀，研制了雙圓盤導(dǎo)入裝置，建立了其運動模型，確定了其傳動方式，該裝置的功能是將偏離壟中心線的甘藍導(dǎo)入到中線并喂入到拔取機構(gòu)。研究并詳細設(shè)計了帶式扶持機構(gòu)、犁狀支撐機構(gòu)、仿形機構(gòu)、鏈?zhǔn)教嵘龣C構(gòu)、機架、集收裝置以及傳動系統(tǒng)。

9、r>　　 (6)基于虛擬樣機技術(shù)的甘藍收獲機研究。應(yīng)用三維CAD軟件對整機結(jié)構(gòu)進行了零件建模，通過干涉檢查，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)和易操控性的基礎(chǔ)上裝配完成甘藍收獲機虛擬樣機。應(yīng)用動力學(xué)仿真軟件ADAMS，建立了關(guān)鍵機構(gòu)的受力模型，定義了機構(gòu)的運動副，通過加載外力和載荷，對主要機構(gòu)進行了仿真分析;應(yīng)用有限元分析軟件，對收獲機中受力最集中的機架進行了有限元受力分析，發(fā)現(xiàn)了受力的關(guān)鍵點并重新優(yōu)化了結(jié)構(gòu)，機架材料用量減少了30％。
　　 (7)

10、甘藍收獲機的整機設(shè)計、試制與田間性能試驗。設(shè)計并試制了國內(nèi)第一臺甘藍收獲機樣機，該機以收獲結(jié)球甘藍為主，可兼收大白菜，實現(xiàn)一機多用;通過甘藍收獲機樣機的田間試驗，得出其性能為:拔取率為93％，切根合格率92％，機器作業(yè)效率約0.08～0.1 hm2/h，結(jié)球的收獲速度為0.93球/秒，技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計要求。對其作業(yè)經(jīng)濟性進行了評價，通過單機折舊費、人工費、油耗等指標(biāo)分析，該機作業(yè)成本為902.4元/公頃，僅為人工作業(yè)費的30.1％，當(dāng)年