双竖切割器低损失油菜割台设计及振动分析

发布时间：2020-04-06 15:13

【摘要】：油菜作为一种重要的油料作物在我国有广泛的种植面积,且呈现稳中求升的发展趋势。但是我国油菜机械化水平在2016年仅为49.55%,远远落后于水稻、小麦、玉米等作物。制约我国油菜机械化发展的一个主要原因是机收损失率偏高,其总损失率在10%以上,而其中油菜割台损失约占总损失的一半。在油菜田间收获时割台损失大的主要原因有:(1)油菜割台分禾损失大:由于油菜角果层厚、上部分枝多、且分枝交错缠绕,需加装竖切割器用于分禾,剪断未落入割台的角果损失使得竖切割器的分禾损失较大。(2)油菜炸荚损失大:成熟的油菜角果受碰撞和振动易炸荚、飞溅,而油菜割台激振源多、振动复杂、振幅较大,再加上竖切割器的摆动,都使得与成熟油菜角果碰撞形成的炸荚损失大。油菜割台振动除了造成较大割台损失外,还严重影响机手的舒适性,使机手烦躁,影响机手的身心健康;同时还会加速零部件的微裂纹、疲劳破坏,引发安全隐患,降低整机工作可靠性。由于国内在农业机械减振降噪领域的研究起步较晚,与此相关的研究和经验相对匮乏,因此降低油菜联合收获机割台损失和振动已成为亟待解决的问题。本课题基于联合收获机工程实际,针对油菜联合收获机田间收获时割台损失率偏大,割台振动大,可靠性差的问题,利用无锡联合收获机有限公司生产的4LZ-4.3(TH988)油菜联合收获机割台为原型,设计配置双竖切割器的低损失油菜割台,并基于田间收获进行振动试验,通过模态试验和有限元分析技术优化油菜割台,降低割台振动和割台损失。主要研究内容如下:(1)分析油菜割台主要工作部件,对竖切割器的割刀类型、传动方式、相对位置和主切割器功率等参数进行了设计计算,进行拨禾轮空间合理配置以及转速、功率等的计算,设计割台左右挡板、后挡帘等结构来降低割台损失。(2)油菜联合收获机割台振动与割台损失间关系的研究。利用DH5902动态信号测试分析系统对油菜联合收获机田间收获时的割台振动进行测试并分析,发现田间收获时割刀、拨禾轮和振动筛的作用是引起整个割台振动的主要因素;通过接样槽法测试割台损失发现,竖割刀损失率均占割台总损失率的29.7~44.7%,减少竖割刀损失将是降低割台总损失的重点;将油菜割台振动与割台损失比较,发现油菜割台振动总量较低时,即振动加速度均方根值3.24m/s~2,油菜割台振动的变化对割台总损失影响不大,但当油菜割台振动总量较高时,即振动加速度均方根值≥3.24m/s~2,油菜割台振动的增大会引起割台总损失的大幅增大。竖割刀损失率随竖割刀中部X方向振动位移幅值的增大而增大,但增长速度逐渐降低最终竖割刀损失率稳定于1.96%附近。(3)为了降低油菜割台的振动,对割台机架的模态特性进行分析优化。根据试验模态分析和有限元模态分析得到的模态结果,对割台机架优化改进。改进后油菜割台机架的1阶和2阶模态的固有频率分别由8.59Hz、11.45Hz提高到12.2Hz、14.15Hz,提高了42%和24%,避开了各激振源的激振频率,同时其他各阶模态的固有频率也得到提高避开了各激励频率。此外,1阶模态振型的最大幅值由8.31mm降低为6.56mm,降低了21%,同时改进后前3阶模态振型的竖割刀中部的幅值均有明显改善,割台机架的动态特性有效提高。(4)通过进行田间收获试验,对改进后割台进行振动测试和割台损失测试,发现在田间收获各工况下的振动总量下降了20~55%,而割台损失率下降了34~58%,这说明对于油菜割台的结构改进在降低割台损失上的效果非常显著,验证了改进后油菜割台的低振动性和低损失性。
【图文】：

联合收获机,割台,油菜,切割器

.分禾器 2.主切割器 3.竖切割器 4.搅龙 5.拨禾图 2.1 油菜联合收获机割台Fig.2.1 The header of rape combined harvester切割器的设计

割刀,驱动机构,切割器,垂直位置

1.步进电机 2.曲柄 3.连杆图 2.2 竖割刀驱动机构Fig.2.2 The driving mechanism of vertical cutte割器的垂直位置是竖切割器能否强行将牵切割器的垂直高度决定其切分油菜分枝的
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S225

【参考文献】