横轴流全喂入联合收割机茎轩切碎装置研究与设计

发布时间：2020-08-12 22:04

【摘要】：本文针对秸秆资源的利用优势和综合利用状况,论述了在联合收割机上加装茎秆切碎装置的必要性及其重要意义,概述了国内外联合收割机茎秆切碎装置的研究进展和研究与设计切碎装置所面临的问题及技术难题,并针对这些问题和技术难题开展了横轴流全喂入联合收割机配套的茎秆切碎装置的研究与设计。本文主要开展的研究工作有：水稻茎秆的力学性能试验,涉及水稻茎秆的拉伸强度、拉伸弹性模量、剪切模量以及剪切强度的测试；试验台的搭建,主要涉及传动方案、调速装置和数据采集系统；基于切割理论和切割动力学仿真对切碎装置关键部件进行设计,包括碎草刀(设计出三种刀具,有直刀、梯形刀和曲线刀)、刀具排列(两种双螺旋线排列)和导草部件；田间试验,以碎草功率和合格率为指标,含碎草刀轴转速和联合收割机作业速度/喂入量的单因素试验,及包含刀具类型、作业速度/喂入量、刀轴转速和刀具排列的四因素三水平的多因素试验。本文得到的主要结论有：(1)通过茎秆力学性能测定,水稻茎秆轴向拉伸强度均值为39.27MPa,轴向拉伸弹性模量均值为1.4GPa,径/弦向剪切模量均值为50.31MPa,峰值剪切力随刀片刃角的增加而增大。(2)通过理论分析,包括切割滑草和切割力分析,得出满足切割滑草条件是茎秆和刀片的摩擦角要小于滑切角,及滑切时的切割力计算公式(见表达式4.22)。(3)通过切割动力学分析,在冲击式无支撑条件下发现峰值切割力随切割速度增加而增大,在该条件下切割水稻茎秆的有效切割速度建议值40m/s以上,在50m/s高速切割下,在刀片刃角200-500刀片刃角范围内,所得峰值切割力差异不明显。(4)通过碎草刀轴单因素试验,发现刀轴转速对碎草合格率和碎草功率的影响显著,二者随刀轴转速的增加而增大,当转速≥3000r/min碎草合格率增势平缓,而碎草功率随转速增加增势加快；通过作业速度/喂入量单因素试验,发现在给定的速度范围内作业速度对碎草合格率的影响不显著,而对碎草功率的影响显著,二者随作业速度/喂入量的增加逐渐增大。(5)以碎草合格率为评价指标所得的最优组合是C3B3D1A2,即刀轴转速3000r/min、作业速度1.4m/s、双螺旋900排列、梯形刀；以碎草功率为评价指标所得的最优组合是B1C1A3D2,即作业速度1.0m/s、刀轴转速2600r/min、曲线刀、双螺旋600排列。以碎草合格率和功率为评价指标,通过多指标回归评价方法,得出以碎草合格率和碎草功率为综合评价指标试验因素影响主次顺序是作业速度刀轴转速刀具类型刀排列,最佳的因素水平组合是B1C1A3D1即作业速度1.0m/s、刀轴转速2600r/min、曲线刀、双螺旋900排列。本文的主要贡献在于：(1)测试得到的物料力学特性参数,分析得到的无支撑最低切断速度等对于茎秆切碎研究具有参考价值；(2)推导出的滑切切割力计算公式对于茎秆切割的理论分析具有借鉴作用；(3)在单因素实验的基础上完成了多因素正交试验,其试验结果对于茎秆切碎装置的设计具有参考价值。
【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】：2015
【分类号】：S225
【图文】：

图１．１嵌入式勊杆切碎装置逡逑Ｆｉｇｌ．邋１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒａｗ邋ｃｈｏｐｐ巧邋ｅｍｂｅｄｄｅｄ邋ｉｎ邋ｃｏｍｂｉｎｅ邋ｈａｒｖｅｓｔ灯逡逑稻麦联合收割机茎杆切碎装置可Ｗ归纳为嵌入式（图１．１）和外挂式（图１．２）两种。嵌入式逡逑茎轩切碎装置体积小、结构简单，由直接在横轴流全喂入联合收割机一侧的排草日处设置一切碎逡逑刀混（图１．１）而形成。两者相比较，嵌入式切碎装置作业易堵塞，不能实现茎杆切碎后均匀抛逡逑洒，而外挂式切碎装置切碎效果好，安装使用灵活，拆卸方便，易维修，茎杆切碎后抛洒效果好，逡逑可Ｗ根据不同的需要及时更换相匹配的切碎装置。us然，嵌入式茎轩切碎装置将由外挂式茎杆切逡逑碎装置取代，本论文主要国绕外挂式茎轩切碎装置展开研巧。逡逑围１．２克拉斯外挂式菩巧切碎装置逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒａｗ邋ｃｈｏｐｐｅｒ邋行ｔｔｅｄ邋ｗＵｈ邋ｃｏｍｂｉｎｅ邋ｈａｒｖｅｓｔ知邋ｏｆ邋ｃｌａｓｓ逡逑２逡逑

平均株高９６０ｍｍ。将采集后的水稻茎巧胆藏在冷藏室里。在试验之前，从待测的样品中挑选出完逡逑整无弯折和破损的水稻茎轩，去掉穗头、根部和叶挿。考虑到联合收割机在作业时会有留巧，剪逡逑取第４节间的水稻茎杆（图２．１）作为试验材料。逡逑心逦逦逡逑，，逦逦—－—－言邋ｊ逡逑心邋逦．．．．．．．邋３逦．逦＂１，＾＾逡逑ｉｉｉｉ＇ｊＢ逡逑图２．邋１水稻节间茎巧逡逑Ｆｉｇ２．１邋Ｒｉｃｅ邋ｓｔｒａｗ邋ｕｓｅｄ邋ｆｂｒ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑２．２仪器及方法逡逑２．２．１试验仪器逡逑试验仪器为ＦＴＣ食品物性分析仪（质构仪）（图２．２），量程化１－ｌＯＯＯＮ，最大试验加载速率逡逑为５００ｍｍ／ｍｉｎ。工具主要有：小刀、卷尺、直尺、游标卡尺、剪刀等。逡逑函逡逑图２．２邋ＦＴＣ物性分析仪逡逑Ｆｉｇ２．２邋ＦＴＣ邋ａｎａｌｙｚｅｒ邋ｆｏｒ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ逡逑２．２．２试验方法逡逑于２０１４年１１月２４日进行水稻茎杆力学性能试验。试验地点在南京农业大学工学院。经测逡逑１０逡逑

平均株高９６０ｍｍ。将采集后的水稻茎巧胆藏在冷藏室里。在试验之前，从待测的样品中挑选出完逡逑整无弯折和破损的水稻茎轩，去掉穗头、根部和叶挿。考虑到联合收割机在作业时会有留巧，剪逡逑取第４节间的水稻茎杆（图２．１）作为试验材料。逡逑心逦逦逡逑，，逦逦—－—－言邋ｊ逡逑心邋逦．．．．．．．邋３逦．逦＂１，＾＾逡逑ｉｉｉｉ＇ｊＢ逡逑图２．邋１水稻节间茎巧逡逑Ｆｉｇ２．１邋Ｒｉｃｅ邋ｓｔｒａｗ邋ｕｓｅｄ邋ｆｂｒ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑２．２仪器及方法逡逑２．２．１试验仪器逡逑试验仪器为ＦＴＣ食品物性分析仪（质构仪）（图２．２），量程化１－ｌＯＯＯＮ，最大试验加载速率逡逑为５００ｍｍ／ｍｉｎ。工具主要有：小刀、卷尺、直尺、游标卡尺、剪刀等。逡逑函逡逑图２．２邋ＦＴＣ物性分析仪逡逑Ｆｉｇ２．２邋ＦＴＣ邋ａｎａｌｙｚｅｒ邋ｆｏｒ邋ｔｅｓｔｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ逡逑２．２．２试验方法逡逑于２０１４年１１月２４日进行水稻茎杆力学性能试验。试验地点在南京农业大学工学院。经测逡逑１０逡逑

【参考文献】

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本文编号：2791078