多功能铲筛式自平衡挖掘收获机设计与优化

发布时间：2020-08-08 05:10

【摘要】：我国花生、残膜等农业物料收获任务繁重,机械化收获成为农业物料收获的必然发展趋势。铲筛式花生挖掘收获机在花生分段收获中运用广泛,但存在振动大、清土效果差等问题。因此,本文以振动小、清土效果好为主控目标,设计了一种铲筛式自平衡花生挖掘收获机,并在试验研究的基础上进行了参数优化。同时,在调研和试验中发现,花生、马铃薯、玉米等作物收获后,地里残留的农膜没有得到有效回收,造成了严重的环境污染。目前国内的残膜回收机具不仅对破碎严重的残膜回收效果不理想,而且功能单一、经济性差、商品化价值低。基于花生挖掘收获和残膜回收在工艺流程和工作原理上的相同点,以铲筛式自平衡花生挖掘收获机为原型进行改进优化,设计了一种多功能铲筛式自平衡挖掘收获机。通过关键部件的便捷组配和参数调节,既可实现花生挖掘收获,又可进行残膜回收,实现了一机多用,并通过田间试验对机具残膜回收效果进行了检验。论文主要研究内容如下:(1)铲筛式自平衡花生挖掘收获机的设计与分析。对挖掘铲、驱振装置、振动筛等关键部件进行了参数设计,确定铲面倾角为20~o,采用反平行四边形机构驱动双筛体振动筛实现自平衡,配重所用偏心块质量1.786kg,偏心距(偏心块质心到驱振轴轴心的距离)13.5mm。花生收获作业时,采用杆条间距为12mm的杆条筛。并通过模态分析与振动测试验证了结构设计的合理性。(2)铲筛式自平衡花生挖掘收获机试验研究。选取总损失率、带土率和振动加速度为试验指标,确定机具前进速度、杆条筛振幅和驱振轴转速为主要影响因素,通过单因素试验和响应面综合优化试验确定了各因素对指标的影响规律及显著性水平,并建立了各因素关于性能指标的多元二次多项式回归模型。各因素对总损失率和振动加速度的影响程度均为:驱振轴转速杆条筛振幅机具前进速度;对带土率的影响程度为:驱振轴转速机具前进速度杆条筛振幅。综合优化后得到了最优参数组合:机具前进速度1.0 m·s~(-1)、杆条筛振幅48mm、驱振轴转速240rpm,此时总损失率为1.73%,带土率为7.32%,振动加速度为3.02 m·s~(-2)。(3)多功能铲筛式自平衡挖掘收获机的设计与残膜回收验证试验。在铲筛式自平衡花生挖掘收获机的基础上,改进设计了多功能铲筛式自平衡挖掘收获机,可以兼收花生和残膜。针对多功能机具的残膜回收功能,设计了振动筛、多级膜土分离装置、集膜与卸膜装置等关键部件。确定振动筛振幅为48mm,驱振轴转速为222rpm,后筛筛面倾角为10~o。通过残膜回收田间试验测得3个试验指标值为:残膜回收率85.72%,膜土比0.5、振动加速度3.32m·s~(-2),机具残膜回收综合性能良好。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225
【图文】：

十九世纪初美国就开始了花生挖掘收获机的研制，目前美国掌握着花生收获领域最先进的技术，AMADAS 和 KMC 公司是美国著名的农机企业，对花生收获机械的研究与生产长达 40 年左右，有着丰富的经验和成熟的技术（张亚萍 等，2017）。AMADAS 和 KMC 公司生产的花生挖掘收获机，分别如图 1-1 和 1-2 所示（Bickers et al，2010；Ishihara et al，1988），可进行多垄挖掘收获作业，两种机具结构上均采用链杆输送、振动清土，对株高、行距和土壤的适应性较好，适用于匍匐型花生的挖掘收获，但对直立型、半直立型花生植株翻转铺放效果较差。PEARMAN 公司生产的花生挖掘收获机，如图 1-3 所示，结构上采用夹持链输送、振动清土，适用于直立和半直立花生的挖掘收获，但对株高、行距和土壤的适应性较差。COLOMBO 公司生产的花生挖掘收获机，如图 1-4 所示，结构上采用链杆输送、振动清土，与 AMADAS ADI 系列花生挖掘收获机类似（陈中玉 等，2017；高连兴 等，2017）。此外，国外许多学者也开展了相关研究，Warner etal（2014a，2014b）研制了一种可调深度花生挖掘收获机，并对挖掘损失进行了分析，该机器是在 2 行 KMC 花生挖掘收获机的基础上进行改进的，利用自动化系统调节三点悬挂顶部连杆的位置，以调节挖掘深度，减少了花生挖掘收获过程中的损失率，提高了机器对于不同土壤类型的适应性。Kirk et al（2017）以 ADAMS 和 2 行 KMC 花生挖掘收获机为研究对象，研究了机具前进速度与输送速度对花生挖掘收获的影响，研究表明当机具前进速度较大时，挖掘收获损失随机具前进速度的增大而增大，当输送速度超过机具前进速度的 120%时，挖掘收获损失显著增大。

十九世纪初美国就开始了花生挖掘收获机的研制，目前美国掌握着花生收获领域最先进的技术，AMADAS 和 KMC 公司是美国著名的农机企业，对花生收获机械的研究与生产长达 40 年左右，有着丰富的经验和成熟的技术（张亚萍 等，2017）。AMADAS 和 KMC 公司生产的花生挖掘收获机，分别如图 1-1 和 1-2 所示（Bickers et al，2010；Ishihara et al，1988），可进行多垄挖掘收获作业，两种机具结构上均采用链杆输送、振动清土，对株高、行距和土壤的适应性较好，适用于匍匐型花生的挖掘收获，但对直立型、半直立型花生植株翻转铺放效果较差。PEARMAN 公司生产的花生挖掘收获机，如图 1-3 所示，结构上采用夹持链输送、振动清土，适用于直立和半直立花生的挖掘收获，但对株高、行距和土壤的适应性较差。COLOMBO 公司生产的花生挖掘收获机，如图 1-4 所示，结构上采用链杆输送、振动清土，与 AMADAS ADI 系列花生挖掘收获机类似（陈中玉 等，2017；高连兴 等，2017）。此外，国外许多学者也开展了相关研究，Warner etal（2014a，2014b）研制了一种可调深度花生挖掘收获机，并对挖掘损失进行了分析，该机器是在 2 行 KMC 花生挖掘收获机的基础上进行改进的，利用自动化系统调节三点悬挂顶部连杆的位置，以调节挖掘深度，减少了花生挖掘收获过程中的损失率，提高了机器对于不同土壤类型的适应性。Kirk et al（2017）以 ADAMS 和 2 行 KMC 花生挖掘收获机为研究对象，研究了机具前进速度与输送速度对花生挖掘收获的影响，研究表明当机具前进速度较大时，挖掘收获损失随机具前进速度的增大而增大，当输送速度超过机具前进速度的 120%时，挖掘收获损失显著增大。

2图 1-3 PEARMAN 花生挖掘收获机Fig.1-3 PEARMAN peanut digging harvester图 1-4 COLOMBO 花生挖掘收获机Fig.1-4 COLOMBO peanut digging harvester二十世纪五十年代初，日本和欧美等发达国家开始在农业生产中应用覆膜种植技术，随着覆膜技术的推广与使用，二十世纪六十年代，这些发达国家又开始了残膜回收机的研制，以解决残

【参考文献】

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本文编号：2785099