基于仿生玉米摘穗装置的摘穗辊优化研究

发布时间：2020-11-19 12:36

　　 近几年来,随着我国玉米种植结构的转型,对玉米收获机械提出了新的要求。课题组根据需要设计开发了一种以模仿人手掰玉米为原理的玉米摘穗装置。相对于传统玉米摘穗装置,仿生玉米摘穗装置的优势明显。然而,依然存在个别玉米籽粒受损伤的现象。同时摘穗辊重量过大,在一定程度上减少了摘穗装置的稳定性。为解决上述问题,本文通过建立玉米模型、对仿生玉米摘穗机构试验台摘穗过程的仿真、试验台摘穗试验等,重新设计制作了适用于仿生玉米摘穗机构的摘穗辊,并完成了仿生玉米摘穗装置的基本参数匹配。主要研究工作总结如下:(1)建立了玉米植株的模型,包括玉米植株的外观模型和力学模型。对于玉米植株的外观模型,本研究主要在课题组前期试验的基础上,补充玉米穗柄的测量试验,得到玉米穗柄的长度平均值为7.3cm,标准差为1.47cm。穗柄直径平均值为9.9mm,标准差为1.67mm。对于玉米植株的力学模型,本研究进行了对于高含水率玉米的玉米穗拉伸和玉米穗弯曲试验;对于低含水率玉米的玉米穗拉伸和玉米穗反向拉伸试验。得到了相应的参数对于玉米穗柄直径和玉米穗柄含水率之间的回归方程。(2)本研究通过对仿生玉米摘穗装置摘穗过程的仿真完成了对摘穗过程中摘穗辊与玉米穗之间接触力、玉米穗掉落瞬间玉米穗速度等的理论分析;通过对仿生玉米摘穗装置的摘穗仿真完成了以摘穗辊外观参数为自变量,以摘穗辊和玉米穗的最大接触力为响应值的三因素三水平正交试验,确定了铝、尼龙、橡胶三种材料摘穗辊的外观参数:凹槽宽度40mm,凹槽深度40mm,凹槽螺旋线螺距80mm。并且根据此参数设计出了三组摘穗辊。(3)本研究分别通过装有不同材料摘穗辊的仿生玉米摘穗试验台对不同含水率玉米收获的仿真和试验,得到了装有不同材料摘穗辊的仿生玉米摘穗试验台收获不同含水率玉米的最优匹配参数,同时也验证了仿真的可靠性。通过实验室模拟大田实验,得到了装有不同材料摘穗辊的仿生玉米摘穗装置收获不同含水率玉米时合适的田间最大行走速度。综合以上分析,得到如下结论:对于仿生玉米摘穗装置,几种摘穗辊中,适合高含水率玉米收获的为尼龙辊,摘穗装置匹配参数为摘穗辊与夹持链夹角30.28°、摘穗辊转速12.92 r/s、夹持链速度0.67 m/s,适合的田间最大行走速度为4.19 m/s;几种摘穗辊中,适合低含水率玉米收获的为橡胶辊,摘穗装置匹配参数为摘穗辊与夹持链夹角50°、摘穗辊转速10.36 r/s、夹持链速度1.2 m/s,适合的田间最大行走速度为4.33 m/s。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S225.51
【部分图文】：

图 1.1 纵卧式摘穗装置摘穗辊三段，导流锥、工作段和拉茎段。导流锥表面的玉米植株导入后续的摘穗辊中，工作时两导流锥作段上具有带有钩爪的螺旋凸棱，且两个摘穗辊在摘穗时摘穗辊上的钩爪可以将玉米穗柄勾断进获方式收获效率高。拉茎段表面具有直凸棱，目堵塞，由于摘穗辊拉茎段存在的原因，也使得该米秸秆[45-46]。玉米收获装置摘穗辊示意图如图 1.2。

图 1.1 纵卧式摘穗装置摘穗辊，导流锥、工作段和拉茎段。导流锥表面的植株导入后续的摘穗辊中，工作时两导流锥上具有带有钩爪的螺旋凸棱，且两个摘穗辊穗时摘穗辊上的钩爪可以将玉米穗柄勾断进式收获效率高。拉茎段表面具有直凸棱，目，由于摘穗辊拉茎段存在的原因，也使得该秆[45-46]。米收获装置辊示意图如图 1.2。

图 1.3 横卧式摘穗装置的摘穗示意图由拨禾轮的拨禾作用将切割下来的茎秆铺在输送器上，喂入轮三部分共同作用，将玉米茎秆的稍部喂入到横卧辊将植株向后方拉抛，同时将玉米穗摘下。该装置结构其结构也决定了在摘穗时玉米穗与摘穗辊接触时间较长同时，该种摘穗方式收获时，玉米植株的稍部会被喂入茎从而导致摘穗装置阻塞[49]。辊摘穗板组合式摘穗装置摘穗板组合式摘穗装置如图 1.4 所示。
【参考文献】

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本文编号：2890013