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百合收获机的设计与试验研究

李增玺  
【摘要】:目前,我国百合鳞茎主要通过人工挖掘和利用其他根茎类作物的收获机械进行收获,随着百合产业规模的不断扩大,逐渐凸显出人工挖掘成本高、效率低的问题,同时其他根茎类作物与百合鳞茎的物理机械特性存在差异,其收获机械也不适宜百合收获,主要存在土壤与百合鳞茎分离不彻底的问题,导致捡拾效率低。因此本文综合考虑土壤与百合鳞茎物理机械特性,开展百合鳞茎收获机的研制,有效解决了百合鳞茎与土壤的分离问题,为鳞茎类作物的收获机的设计提供了思路。本论文主要研究内容如下:(1)通过查阅国内外根茎类收获机相关文献,分析其结构特点,结合百合鳞茎收获的实际情况,确定了整机的结构方案;通过分析借鉴国内外根茎作物的挖掘装置,对挖掘铲进行设计;通过对比根茎类作物输送分离装置的特点,确定了输送分离装置为抖动筛式,升运器为杆条式升运器,抖动轮采用双头式;通过计算所消耗的功率,确定了配套动力。(2)对收获期土壤以及百合鳞茎的物理机械特性进行测定与分析,包括土壤质地的测定、土壤含水率的测定、土壤密度的测定、鳞茎三轴尺寸的测定、密度的测定、鳞茎与65Mn材料板的滚动摩擦系数的测定、鳞茎碰撞恢复系数的测定与分析,为收获机关键部件的设计以及收获过程的仿真分析提供了基础理论数据。(3)利用Solid Works软件对收获机的关键零部件进行静应力分析,包括机架、挖掘铲、升运器驱动轴,通过对比最大应力值与材料屈服强度,分析最小安全系数和最大变形量,保证关键零部件满足正常工作需求。(4)利用EDEM软件建立土壤-鳞茎-挖掘铲-分离部件的仿真模型,分别对影响收获效率的主要工作参数:机具前进速度、升运器线速度、升运器倾角进行单因素仿真试验,通过分析鳞茎所受平均法向力以及鳞茎与土壤、杆条之间的碰撞次数,得出工作效率较高的因素水平,为工作参数优化提供取值参考。(5)在仿真试验结果的基础上,采用三因素三水平旋转组合试验方法,以损失率和伤茎率为试验指标,对工作参数进行了优化,最后确定机具前进速度为1.4m/s,升运器线速度为1.8m/s,升运器倾角为25°是最佳工作参数组合,鳞茎损失率为2.31%,伤茎率为1.82%,由于损失率包括对埋茎量的统计,因此鳞茎与土壤的分离率应大于97.69%,验证试验表明,优化结果与试验结果相近。


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