基于离散元的菠菜收获机根切铲优化设计与试验

发布时间：2023-04-04 01:35

　　针对菠菜收获过程中收获散乱、根切阻力大等问题,从根土复合体特性着手,分析收获过程中菠菜根、土壤与根切铲之间的互作关系,以优化根系聚拢、减少土壤雍堵和降低铲切阻力,提高菠菜切根效率。设计了一种兼具切根与根系聚拢功能的新型根切铲,建立了根切受力模型,对铲刀的关键参数进行计算优化,确定了铲刀滑切角为60°,刃口角为45°;测定了菠菜根的生物力学特性,建立菠菜根柔性体离散元模型,并基于颗粒接触力学模型的本构方程计算出菠菜根的粘结参数,结合土壤模型建立菠菜根土复合体,并对各项参数进行标定;构建了根切铲与根土复合体的铲切过程仿真,明晰根切铲的工作机理,确定影响切根与根系聚拢性能的主要参数。利用响应面法对根切铲各项参数进行优化,确定根切铲的最优设计参数为:铲翼角76°、铲翼长度占比57%、铲槽面积占比40%。田间根切试验表明:根切合格率均值为93.8%,采收率均值为87.2%。本研究可为菠菜收获机根切机构的研制提供理论指导。

【文章页数】：14 页

【文章目录】：
0 引言
1 菠菜收获机根切铲结构与关键参数计算
    1.1 根切铲结构与工作原理
    1.2 铲刀关键参数计算
        1.2.1 铲刀滑切角
        1.2.2 铲刀刃口角
2 根土复合体离散元模型建立
    2.1 菠菜根离散元模型建立
        2.1.1 菠菜根生物力学特性测定
        2.1.2 离散元接触模型选择及参数计算
        2.1.3 离散元模型建立及参数标定
    2.2 土壤模型建立
        2.2.1 土壤粒径确定
        2.2.2 土壤紧实度测量
        2.2.3 土壤模型标定
    2.3 菠菜根土复合体模型建立
        2.3.1 根土复合体离散元建模
        2.3.2 根土复合体剪切试验及参数标定
3 根切铲离散元仿真及多目标参数优化
    3.1 根切铲仿真及工作机理分析
        3.1.1 仿真模型建立
        3.1.2 根切铲工作原理仿真分析
    3.2 根切铲结构参数多目标优化
        3.2.1 仿真设计及数据统计
        3.2.2 回归模型建立与显著性检验
        3.2.3 交互因素对性能影响规律分析
        3.2.4 设计参数优化结果
4 采收试验
    4.1 试验条件与方案
    4.2 试验结果及分析
5 结论



本文编号：3781532