胡萝卜联合收获机单圆盘对顶切割装置设计与试验
发布时间：2021-08-31 06:16
针对胡萝卜联合收获过程中对顶切割装置作业后胡萝卜损伤率高、切净率低等问题,设计了一种单圆盘对顶切割装置,并阐述了其主要结构及工作原理。在统计分析胡萝卜基本物理特性的基础上,通过理论计算确定了斜拉式导向齐平对顶机构的两对齐基板间距、拉齐区长度和对齐基板斜边角度等主要结构参数,达到胡萝卜茎叶精准拉齐的目的。以螳螂前肢胫节曲线为原型,将拟合优化后的曲线形状应用至圆盘动割刀和直割刀刃口上,构建切割机构-胡萝卜茎叶力学模型,分析其满足胡萝卜被高效切断的条件。对圆盘割刀进行运动学分析,建立圆盘割刀前进方向的运动学模型,确定影响装置工作性能的因素为胡萝卜输送速度和圆盘割刀转速。以胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速（胡萝卜输送速度）和圆盘割刀转速为试验因素,以胡萝卜根茎损伤率、茎叶切净率、切割平整度为试验指标,进行了二因素五水平二次正交旋转组合试验,通过对试验结果进行分析优化,确定最佳参数组合。结果表明,当胡萝卜收获机夹持输送皮带轮转速为113 r/min、圆盘割刀转速为156 r/min时,对顶切割装置性能最优,此时胡萝卜损伤率均值为0.53%、切净率均值为95.41%、平整度均值为94.10%。对优化...
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
单圆盘对顶切割装置工作示意图
如图4a所示，导向齐平对顶机构由对齐左基板、对齐右基板、对齐皮带和对齐皮带轮组成。在两对齐基板和夹持输送皮带配合作用下拉齐胡萝卜茎叶，与此同时对齐皮带将胡萝卜茎叶聚集束紧。其结构参数主要包括两对齐基板最小间距l、拉齐区长度L、右对齐基板斜边角度θ和对齐基板与夹持输送皮带距离l0。如图4b所示，导向齐平对顶机构结构参数主要与所夹持的胡萝卜物理参数有关，两对齐基板间距过大，切割时易损伤根茎，间距过小，胡萝卜无法顺利运输至切割区[17-18]，其设计应满足l>d。根据胡萝卜物理特性可知，胡萝卜茎果结合部直径d为9.04～14.21 mm。设计两对齐基板最小间距l=15 mm。为保证胡萝卜茎叶逐渐聚紧进入拉齐区，同时减少拐角处胡萝卜碰撞损伤，设计拉齐倾斜角即对齐右基板斜边角度θ=15°。
根据仿生学理论，以螳螂前肢为原型，通过提取螳螂胫节外轮廓曲线，将锯齿状曲线应用于动、定割刀刃上，以期达到割刀高效切割效果。将螳螂前肢样品置于体式显微镜下观察，所得轮廓结构如图5a所示。对图5a前肢胫节使用Matlab软件中高斯滤波函数命令消除原始图像噪声，其次采用Sobel算法对图像进行边缘检测，使用非极大值抑制函数命令抑制除去最大值之外所有梯度值，最后使用滞后阈值处理命令设置上阈值120、下阈值100，完成螳螂前肢胫节边缘提取，所得轮廓曲线清晰完整，如图5b所示，与原图对比基本一致。为保证割刀快速高效切割胡萝卜茎叶，选取螳螂前肢胫节切割齿中主切割齿进行曲线拟合优化，依据曲线连续性原则，将曲线按照x轴单调性分为曲线1和曲线2，使用Origin软件分别对两条曲线进行三次项方程式拟合，拟合后曲线如图6所示，曲线1和曲线2的拟合方程为
【参考文献】：
期刊论文
[1]原茬地种床整备侧向滑切清秸刀齿设计与试验[J]. 侯守印,陈海涛,邹震,史乃煜. 农业机械学报. 2019(06)
[2]秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验[J]. 林静,张桐嘉,田阳,高文英,齐林,李宝筏. 农业机械学报. 2018(S1)
[3]便携式采茶机切割器运动仿真与试验[J]. 杜哲,胡永光,王升. 农业机械学报. 2018(S1)
[4]免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化[J]. 贾洪雷,郭明卓,郭春江,郑健,张成亮,赵佳乐. 农业机械学报. 2018(10)
[5]胡萝卜缨果拉拽式分离装置设计与试验[J]. 曾功俊,陈建能,夏旭东,叶军. 农业机械学报. 2018(10)
[6]玉米穗茎兼收割台夹持输送装置参数优化[J]. 张宗玲,韩增德,刘立晶,李晓栋,郝付平,董哲. 农业机械学报. 2018(03)
[7]拨辊推送式马铃薯收获机设计与试验[J]. 杨然兵,杨红光,尚书旗,许鹏晓,崔功佩,刘立辉. 农业机械学报. 2016(07)
[8]胡萝卜联合收获机对顶部件的研究[J]. 鹿光耀,尚书旗,王东伟,李建东,韩文平,何晓宁. 农机化研究. 2016(02)
[9]胡萝卜收获机根茎分离装置设计与试验[J]. 金鑫,杜新武,王世光,姬江涛,董祥,王东洋. 农业机械学报. 2016(03)
[10]胡萝卜收获机的设计[J]. 沈亮,杨华,安红宇,靳晓燕. 农机化研究. 2015(11)
硕士论文
[1]基于EDEM的胡萝卜拔取力的研究[D]. 李承鹏.山东农业大学 2018
[2]自走式胡萝卜联合收获机关键技术的研究[D]. 李凯锋.中国农业机械化科学研究院 2015
本文编号：3374368
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
单圆盘对顶切割装置工作示意图
如图4a所示，导向齐平对顶机构由对齐左基板、对齐右基板、对齐皮带和对齐皮带轮组成。在两对齐基板和夹持输送皮带配合作用下拉齐胡萝卜茎叶，与此同时对齐皮带将胡萝卜茎叶聚集束紧。其结构参数主要包括两对齐基板最小间距l、拉齐区长度L、右对齐基板斜边角度θ和对齐基板与夹持输送皮带距离l0。如图4b所示，导向齐平对顶机构结构参数主要与所夹持的胡萝卜物理参数有关，两对齐基板间距过大，切割时易损伤根茎，间距过小，胡萝卜无法顺利运输至切割区[17-18]，其设计应满足l>d。根据胡萝卜物理特性可知，胡萝卜茎果结合部直径d为9.04～14.21 mm。设计两对齐基板最小间距l=15 mm。为保证胡萝卜茎叶逐渐聚紧进入拉齐区，同时减少拐角处胡萝卜碰撞损伤，设计拉齐倾斜角即对齐右基板斜边角度θ=15°。
根据仿生学理论，以螳螂前肢为原型，通过提取螳螂胫节外轮廓曲线，将锯齿状曲线应用于动、定割刀刃上，以期达到割刀高效切割效果。将螳螂前肢样品置于体式显微镜下观察，所得轮廓结构如图5a所示。对图5a前肢胫节使用Matlab软件中高斯滤波函数命令消除原始图像噪声，其次采用Sobel算法对图像进行边缘检测，使用非极大值抑制函数命令抑制除去最大值之外所有梯度值，最后使用滞后阈值处理命令设置上阈值120、下阈值100，完成螳螂前肢胫节边缘提取，所得轮廓曲线清晰完整，如图5b所示，与原图对比基本一致。为保证割刀快速高效切割胡萝卜茎叶，选取螳螂前肢胫节切割齿中主切割齿进行曲线拟合优化，依据曲线连续性原则，将曲线按照x轴单调性分为曲线1和曲线2，使用Origin软件分别对两条曲线进行三次项方程式拟合，拟合后曲线如图6所示，曲线1和曲线2的拟合方程为
【参考文献】：
期刊论文
[1]原茬地种床整备侧向滑切清秸刀齿设计与试验[J]. 侯守印,陈海涛,邹震,史乃煜. 农业机械学报. 2019(06)
[2]秸秆深埋还田仿生开沟装置优化与试验[J]. 林静,张桐嘉,田阳,高文英,齐林,李宝筏. 农业机械学报. 2018(S1)
[3]便携式采茶机切割器运动仿真与试验[J]. 杜哲,胡永光,王升. 农业机械学报. 2018(S1)
[4]免耕播种机动态仿生破茬装置设计与参数试验优化[J]. 贾洪雷,郭明卓,郭春江,郑健,张成亮,赵佳乐. 农业机械学报. 2018(10)
[5]胡萝卜缨果拉拽式分离装置设计与试验[J]. 曾功俊,陈建能,夏旭东,叶军. 农业机械学报. 2018(10)
[6]玉米穗茎兼收割台夹持输送装置参数优化[J]. 张宗玲,韩增德,刘立晶,李晓栋,郝付平,董哲. 农业机械学报. 2018(03)
[7]拨辊推送式马铃薯收获机设计与试验[J]. 杨然兵,杨红光,尚书旗,许鹏晓,崔功佩,刘立辉. 农业机械学报. 2016(07)
[8]胡萝卜联合收获机对顶部件的研究[J]. 鹿光耀,尚书旗,王东伟,李建东,韩文平,何晓宁. 农机化研究. 2016(02)
[9]胡萝卜收获机根茎分离装置设计与试验[J]. 金鑫,杜新武,王世光,姬江涛,董祥,王东洋. 农业机械学报. 2016(03)
[10]胡萝卜收获机的设计[J]. 沈亮,杨华,安红宇,靳晓燕. 农机化研究. 2015(11)
硕士论文
[1]基于EDEM的胡萝卜拔取力的研究[D]. 李承鹏.山东农业大学 2018
[2]自走式胡萝卜联合收获机关键技术的研究[D]. 李凯锋.中国农业机械化科学研究院 2015
本文编号：3374368
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