履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)研究及稱重系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、甘藍(lán)是一種結(jié)球類蔬菜，在我國大部分地區(qū)均有廣泛種植。目前，我國的甘藍(lán)收獲仍需依靠人工作業(yè)，勞動強(qiáng)度大、人工成本高、生產(chǎn)效率低等負(fù)面效益正日漸凸顯。采用機(jī)械化收獲是解決上述問題最切實(shí)可行的方法。本論文以我國南方江浙地區(qū)的甘藍(lán)為研究對象，在甘藍(lán)物理力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬樣機(jī)技術(shù)與田間試驗(yàn)，設(shè)計(jì)并試制了一種履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)物理樣機(jī);研究了適宜于機(jī)械化收獲的甘藍(lán)種植農(nóng)藝規(guī)范;開發(fā)了一套甘藍(lán)動態(tài)稱重系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:

2、>　　(1)甘藍(lán)物理力學(xué)特性的研究。選取了江浙地區(qū)的主要甘藍(lán)品種，測量了甘藍(lán)的主要物理形態(tài)參數(shù)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，甘藍(lán)品種之間、同品種甘藍(lán)個(gè)體之間都存在著一定的差異性?；诨瘜W(xué)分析儀器和萬能試驗(yàn)機(jī)，進(jìn)行了甘藍(lán)根莖部的切割部位試驗(yàn)、切割力正交試驗(yàn)、切割劈裂破損試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，影響甘藍(lán)根莖部切割力指標(biāo)的主要化學(xué)組成成分是粗纖維，最大切割力和平均切割力均與粗纖維含量呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9491和0.9756，甘藍(lán)根莖部直徑為30

3、～35 mm的區(qū)間為最佳切根區(qū)域。在甘藍(lán)收獲機(jī)切根裝置的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮采用單點(diǎn)夾持方式，滑切和向下削切的切割方式，同時(shí)設(shè)置較低的切割速度;為降低單點(diǎn)夾持方式下的劈裂破損水平，建議切割位置在切割面直徑32 mm處，滑切角和切割速度分別設(shè)置成30°和300 mm/min的參數(shù)組合。
　　(2)履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)、分析與整機(jī)集成。在甘藍(lán)物理力學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，比較分析了甘藍(lán)收獲機(jī)的動力底盤行走方式、拔取方式、輸送方式

4、、切根方式、剝?nèi)~方式，確定了履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)的收獲工藝流程和總體方案。利用三維設(shè)計(jì)軟件和有限元分析軟件，設(shè)計(jì)了一種引拔鏟配合撥輪的鏟式拔取裝置，一種雙橫向輸送帶配合鋸齒式輸送鏈的輸送提升裝置，一種蓮座切割的雙圓盤刀式切根裝置，一種輥式剝?nèi)~裝置，以及液壓動力系統(tǒng)，試制了甘藍(lán)收獲機(jī)物理樣機(jī)。經(jīng)過調(diào)試與改進(jìn)，本論文的甘藍(lán)收獲機(jī)設(shè)計(jì)方案可行，各工作部件均運(yùn)轉(zhuǎn)正常，性能穩(wěn)定，能夠完成甘藍(lán)的拔取、輸送、切根、剝?nèi)~、裝箱等基本作業(yè)。
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5、3)履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)的田間試驗(yàn)與改進(jìn)。提出了甘藍(lán)收獲機(jī)田間作業(yè)與性能檢測的方法，進(jìn)行了6輪履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)的田間測試試驗(yàn)，完成了田間檢測。結(jié)合田間測試試驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)了甘藍(lán)收獲機(jī)的引拔鏟、防陷托板、雙橫向輸送帶、鋸齒式輸送鏈、切根裝置等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)與參數(shù)。檢測結(jié)果表明，該甘藍(lán)收獲機(jī)適宜收獲球徑為15～25 cm的甘藍(lán)，純生產(chǎn)率為0.21 hm2/h，拔取率為97.4％，切根合格率為89.8％，剝?nèi)~合格率為88.2％，作業(yè)損失率為

6、4.8％。
　　(4)適宜于機(jī)械化收獲的甘藍(lán)種植農(nóng)藝規(guī)范的研究。對比傳統(tǒng)甘藍(lán)種植模式，提出了一種適宜于機(jī)械化收獲的甘藍(lán)種植農(nóng)藝規(guī)范，進(jìn)行了不同種植模式、不同甘藍(lán)品種條件下的甘藍(lán)收獲機(jī)田間對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，符合農(nóng)藝規(guī)范的甘藍(lán)種植有利于提高收獲機(jī)的作業(yè)性能，拔取率均值提高了5.6％，切根準(zhǔn)確率均值提高了3.3％，而作業(yè)損失率均值降低了6.4％;甘藍(lán)收獲機(jī)在收獲不同甘藍(lán)品種時(shí)表現(xiàn)出不同的作業(yè)性能，在收獲尖包形態(tài)的春豐甘藍(lán)時(shí)，拔取率

7、均值比在收獲圓包形態(tài)的蘭州包時(shí)高出將近8.3％，切根合格率均值和切根準(zhǔn)確率均值分別下降了6.0％和8.9％，但作業(yè)損失率相差并不大。
　　(5)甘藍(lán)動態(tài)稱重系統(tǒng)的開發(fā)。為了開發(fā)出甘藍(lán)收獲機(jī)的田間測產(chǎn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種基于動態(tài)稱重技術(shù)的甘藍(lán)稱重系統(tǒng)試驗(yàn)平臺，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集部分，完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、試制、調(diào)試、傳感器的標(biāo)定與校準(zhǔn)、有效稱重?cái)?shù)據(jù)的提取。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)在輸送速度分別為0.1 m/s、

8、0.2m/s和0.3m/s時(shí)，稱重?cái)?shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的R2分別為0.9918、0.9874和0.9845，表現(xiàn)出良好的稱重準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
　　本論文研制的履帶自走式甘藍(lán)收獲機(jī)，采用全液壓動力系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理，檢測結(jié)果表明該甘藍(lán)收獲機(jī)已具備甘藍(lán)機(jī)械化收獲的能力。提出的適宜于機(jī)械化收獲的甘藍(lán)種植農(nóng)藝規(guī)范，有利于提高甘藍(lán)收獲機(jī)的作業(yè)性能。開發(fā)的甘藍(lán)動態(tài)稱重系統(tǒng)試驗(yàn)平臺，是后續(xù)實(shí)現(xiàn)甘藍(lán)收獲機(jī)田間測產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。上述研究為我國甘藍(lán)的機(jī)