單行振動式馬鈴薯挖掘機(jī)關(guān)鍵部件的設(shè)計與試驗(yàn)研究.pdf

1、中國馬鈴薯種植區(qū)域比較廣泛，不同區(qū)域的馬鈴薯收獲時土壤條件、地塊大小等條件不盡相同，與之相適應(yīng)馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)、所需動力和挖掘深度等參數(shù)不同;本課題針對丘陵山地馬鈴薯機(jī)械化地塊小、坡度大等影響馬鈴薯收獲的關(guān)鍵技術(shù)問題;采用建立、分析數(shù)學(xué)模型法、仿真試驗(yàn)、田間試驗(yàn)和方差分析等方法，推導(dǎo)出挖掘鏟和振動篩的運(yùn)動學(xué)方程，并對挖掘鏟和振動篩等關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析;對五桿機(jī)構(gòu)及雙四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，確定了關(guān)鍵參數(shù)并對整機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計;通過牽引

2、阻力和田間試驗(yàn)證明了其性能參數(shù)的正確性;解決了丘陵山地馬鈴薯收獲無法機(jī)械化的瓶頸問題，徹底解決丘陵山地馬鈴薯收獲中農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合難題;為丘陵山地馬鈴薯機(jī)具的研究設(shè)計提供了理論參考和新思路。
　　主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)根據(jù)馬鈴薯收獲的農(nóng)藝要求，對關(guān)鍵部件（挖掘鏟、分離篩等）進(jìn)行了理論分析，確定了它們的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，進(jìn)而對關(guān)鍵部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。在此基礎(chǔ)上對傳動系統(tǒng)、挖掘鏟和分離篩等進(jìn)行了運(yùn)動分析，得出各關(guān)鍵部件的運(yùn)動學(xué)解

3、析式。
　　(2)在整機(jī)機(jī)構(gòu)的五桿機(jī)構(gòu)及雙四桿機(jī)構(gòu)理論分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ADAMS進(jìn)行了建模和虛擬仿真，驗(yàn)證了挖掘鏟與分離篩同步異向運(yùn)動抵消了部分慣性力。
　　(3)采用理論分析及試驗(yàn)相結(jié)合方法，進(jìn)行了空載及加載情況下的田間牽引阻力試驗(yàn)，并采用方差分析法對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到了回歸方程，得到了理想的響應(yīng)曲面，優(yōu)化得到了最優(yōu)參數(shù)組合，驗(yàn)證振動減阻原理正確可行。
　　(4)進(jìn)行馬鈴薯收獲機(jī)田間挖掘試驗(yàn)，采用方差分析法對實(shí)

4、驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得出回歸方程，并進(jìn)行優(yōu)化處理，得出最優(yōu)參數(shù)組合;同時進(jìn)行性能測試，結(jié)果為此振動式馬鈴薯收獲機(jī)完全滿足丘陵山地小地塊馬鈴薯收獲作業(yè)田間生產(chǎn)要求且超出國家標(biāo)準(zhǔn)。
　　相關(guān)研究結(jié)果:
　　(1)通過理論計算確定挖掘鏟和分離篩的主要結(jié)構(gòu)參數(shù):挖掘鏟由平面鏟和柵條構(gòu)成，挖掘鏟鏟面長度為180mm、寬度為496mm、高度為273mm、傾角為21～25°，柵條長度為135mm、間距為30mm，柵條數(shù)量為22根。分離篩采用擺動

5、式分離篩，分離篩由U型支架和柵條焊接組成，其主要結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為U型支架長度為35mm、寬度為580mm、高度為250mm，傾角為7～8°，柵條長度不等，柵條間距為30mm，柵條數(shù)量為23根。
　　(2)確定由偏心輪、連接襯套、鉸接臂以及振動架構(gòu)成的空間五桿RRRSR機(jī)構(gòu)和挖掘鏟、振動篩構(gòu)成的雙平面四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，并運(yùn)用封閉矢量三角形法分別構(gòu)建了振動架、挖掘鏟和分離篩運(yùn)動學(xué)模型，得出了振動架、挖掘鏟、分離篩的角位移、角速度與角加速

6、度運(yùn)動學(xué)解析式，得出挖掘鏟上任一點(diǎn)與分離篩上任一點(diǎn)的位移、速度與加速度解析方程式，求出了挖掘鏟和分離篩的質(zhì)心在極限工作位置時相互抵消的慣性力在53.66～1117.291N之間。
　　(3)對整機(jī)進(jìn)行Adams運(yùn)動學(xué)建模與仿真，得到關(guān)鍵工作部件的角位移、角速度和角加速度的運(yùn)動參數(shù)曲線圖，通過分析挖掘鏟和分離篩的運(yùn)動參數(shù)曲線圖，驗(yàn)證其運(yùn)動特性滿足了設(shè)計要求，實(shí)現(xiàn)了挖掘鏟與分離篩的同步異向振動，相互抵消部分慣性力。
　　(4)進(jìn)

7、行了田間牽引阻力試驗(yàn)，驗(yàn)證了鏟篩振動減阻效果顯著。以挖掘深度、傳動軸轉(zhuǎn)速、牽引速率為試驗(yàn)因素，牽引阻力為試驗(yàn)指標(biāo)，采用Box-Behnken響應(yīng)曲面試驗(yàn)方法，運(yùn)用Design-Expert8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過方差分析和響應(yīng)曲面分析，獲得各因素對牽引力影響的主次順序?yàn)橥诰蛏疃取⑵妮嗈D(zhuǎn)速、牽引速率。通過優(yōu)化得最優(yōu)參數(shù)組合為:挖掘深度為200mm，偏心輪轉(zhuǎn)速為540r/min，牽引速率為0.57km/h，此條件下的牽引阻力為10

8、76.34N，較機(jī)器無振動時降低30.5％。
　　(5)田間試驗(yàn)表明馬鈴薯挖掘機(jī)的各項作業(yè)性能指標(biāo)滿足了丘陵山地小地塊馬鈴薯收獲作業(yè)田間生產(chǎn)要求。以偏心輪轉(zhuǎn)速、分離篩水平位置與分離篩角度位置為試驗(yàn)因素，明薯率和傷薯率為評價指標(biāo)，采用Box-Behnken響應(yīng)曲面試驗(yàn)方法，運(yùn)用Design-Expert8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過方差分析和響應(yīng)曲面分析，確定各因素對各指標(biāo)的影響主次順序，其中偏心輪轉(zhuǎn)速和分離篩角度位置對明薯率和傷

9、薯率影響都較大，分離篩水平位置對指標(biāo)影響都較小。通過優(yōu)化得最優(yōu)參數(shù)組合為:偏心輪轉(zhuǎn)速為241.97 r/min、分離篩水平位置位于0.18標(biāo)定位、分離篩角度為60°，此條件下進(jìn)行性能試驗(yàn)獲得馬鈴薯收獲機(jī)的性能指標(biāo)為:明薯率為97.43％、傷薯率為3.52％、損失率為3.18％、可靠度為97％、純工作小時生產(chǎn)率為0.36hm2/h、單位燃油消耗量為6.73％，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)且滿足田間作業(yè)要求。
　　本課題解決了丘陵山地馬鈴薯機(jī)械化收獲