升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置的设计与试验研究

发布时间：2020-05-20 18:56

【摘要】：中国是马铃薯生产和消费大国,提高马铃薯机械化水平尤为重要;马铃薯收获机械化是马铃薯全程机械化关键环节,可提高劳动效率,增产增收效果显著。目前马铃薯机械化收获形式主要分为联合收获和分段收获,国外发达国家多采用马铃薯联合收获机进行收获作业,机具具有多种、多级的输送分离装置,薯土分离效果较好,但不适宜中国北方一季作区的黏壤土作业和小地块作业;国内主要采用分段收获的收获形式,且针对中国北方黏壤土条件下收获机械类型较多,同时收获机械作业质量差别较大,但普遍存在薯土分离效果不佳,输送分离装置的输送能力下降,造成挖掘后二次掩埋,进而造成机具的明薯率偏低等收获问题。针对上述问题,本研究对杆条升运链式输送分离装置进行研究,对其主要工作部件进行了结构选型和设计、理论分析、仿真分析及试验研究。本文的主要内容如下:(1)测定马铃薯收获期具体的收获条件,包括土壤物理特性、马铃薯种植信息、马铃薯生长状态等,为理论分析及输送分离装置的设计提供关键的基础参数。(2)根据具体马铃薯收获条件的测定和分析,了解现阶段国内外广泛使用的马铃薯挖掘机输送分离装置整体结构、组成及输送分离原理,结合其优缺点和收获要求,进行输送分离装置整体方案的确定及关键部件的结构设计,包括升运杆条间距、杆条直径、杆条配置方式及抖动器等结构。(3)理论探究升运链及在升运链上运动的薯土混合物的运动规律,确定影响薯土分离效果的主要因素及关键部件的工作参数范围。(4)结合实际收获过程,应用EDEM离散元软件对所设计的输送分离装置进行离散元数值模拟,确定最佳的第二级升运链工作面长度,同时验证理论研究所确定结构参数的合理性。(5)按照相关国家标准规定的试验方法进行田间试验探究,以明薯率和破皮率为试验评价指标,根据理论分析所得的影响薯土分离效果的主要因素及因素水平范围,进行二次正交旋转组合试验,寻求最佳参数组合,分析试验结果,最后对装置运动参数进行优化;同时进行验证试验,进行大面积作业,测定收获效果,验证装置是否满足北方黏壤土的作业要求。相关研究结果:(1)确定了输送分离装置的整体方案为二级杆条升运链式,采用带杆式升运链的结构,设计了双行升运链工作幅宽1700mm,第一级升运杆条间距为48mm,第二级升运杆条间距为44mm,杆条直径为11mm,并设计了直-弯-弯-直杆条配置方式,弯杆与直杆形成凹槽深度为18mm,为增强输送分离装置分离能力,设计主动型双滚子式抖动器,并最终确定了抖动器工作的最大振幅为60mm,设定滚子直径为80mm,其工作圆周半径为100mm。(2)通过对杆条升运链式输送分离装置在工作过程的运动分析,确定了抖动器的频率为4~8Hz,并确定影响薯土分离效果的主要因素,除土壤本身的物理性质外,还包括升运链的工作线速度、装置的前进速度、抖动器的振幅、抖动器的频率。综上分析结果,为后文的离散元数值仿真分析及试验研究提供理论参考。(3)进行了输送分离装置的离散元仿真分析,运用EDEM软件进行模拟仿真,仿真确定了最佳的第二级升运链工作面长度1.2m,结果表明所设计升运链式输送分离装置具有良好的作业性能。(4)通过田间试验,验证了该升运链式输送分离装置能够解决薯土分离效果不佳的问题。田间试验确定了最佳的工作参数,抖动器频率为5.2Hz,抖动器振幅为52mm、机具前进速度为1.2m/s、升运链线速度为1.6m/s,相对应优化的试验指标明薯率为98.0%、破皮率为1.3%,明显优于国家标准,经优化参数调节后的升运链式输送分离装置提高了薯土分离效果,满足作业要求。本文所设计的升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置,在我国北方一季作区可有效提高薯土分离效果,为升运链式输送分离装置的设计和优化提供了技术参考和理论支撑。
【图文】：

马铃薯收获机

为薯土分离效果不佳、明薯率偏低等问题提供了有效的解决方案，并为杆条升链式输送分离装置的设计和优化提供了参考。1.2 国内外马铃薯收获机研究现状1.2.1 马铃薯收获机的国外研究现状国外地区种植马铃薯较早，所以马铃薯机械化收获起步早、发展快、技术水高[15]。国外领马铃薯收获机发展的代表厂商，主要有德国 Grimme 公司、比利时 Dewulf 公司、美国ouble L 公司、Lockwood 公司、比利时 AVR 公司等。马铃薯联合收获机主要分为两种，牵引式和自走式[16]。如图 1-1 所示，比利时 Dewu司生产的 Kwatro 四行自走式马铃薯联合收获机，发动机动力为 500 马力，机器自重 29，为降低土壤压实，采用履带驱动，配备收集料箱容量为 17.5 立方米，整个机器前方配备秧设备，输送分离装置为三级杆条升运链，且输送分离装置左右分为两部分，解决分离装作业幅宽过大而引起挖掘喂入量偏向一面造成堵塞的问题；设立独特的防损伤单元，可进一次性杀秧、输送分离、筛分、清选、装车等作业，同时可配套胡萝卜和洋葱的收获；整外部的杀秧装置及输送分离装置均可进行液压升降高度调节，方便调节杀秧装置切割秧蔓度及挖掘装置挖掘深度、角度等，同时机具方便地块转移，自动程度较高。

马铃薯收获机

为薯土分离效果不佳、明薯率偏低等问题提供了有效的解决方案，，并为杆条升链式输送分离装置的设计和优化提供了参考。1.2 国内外马铃薯收获机研究现状1.2.1 马铃薯收获机的国外研究现状国外地区种植马铃薯较早，所以马铃薯机械化收获起步早、发展快、技术水高[15]。国外领马铃薯收获机发展的代表厂商，主要有德国 Grimme 公司、比利时 Dewulf 公司、美国ouble L 公司、Lockwood 公司、比利时 AVR 公司等。马铃薯联合收获机主要分为两种，牵引式和自走式[16]。如图 1-1 所示，比利时 Dewu司生产的 Kwatro 四行自走式马铃薯联合收获机，发动机动力为 500 马力，机器自重 29，为降低土壤压实，采用履带驱动，配备收集料箱容量为 17.5 立方米，整个机器前方配备秧设备，输送分离装置为三级杆条升运链，且输送分离装置左右分为两部分，解决分离装作业幅宽过大而引起挖掘喂入量偏向一面造成堵塞的问题；设立独特的防损伤单元，可进一次性杀秧、输送分离、筛分、清选、装车等作业，同时可配套胡萝卜和洋葱的收获；整外部的杀秧装置及输送分离装置均可进行液压升降高度调节，方便调节杀秧装置切割秧蔓度及挖掘装置挖掘深度、角度等，同时机具方便地块转移，自动程度较高。
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S225.71

【相似文献】