整秆式甘蔗收割机剥叶过程仿真分析与试验

发布时间：2024-03-22 02:08

　　整秆式甘蔗收割机剥叶机构的作业质量对收获后甘蔗茎秆的蔗叶残留有重要影响,合理的作业参数可有效改善剥叶机构的剥叶质量。该研究通过建立甘蔗剥叶过程仿真模型分析茎秆和剥叶元件的相互作用过程及其应力变化以及茎秆的受力情况,采用单因素仿真试验研究喂入辊筒转速、剥叶辊筒转速及茎秆与剥叶元件搭接长度对茎秆和剥叶元件所受峰值应力的影响规律。在仿真分析的基础上建立甘蔗剥叶作业试验台,采用Box-Behnken试验方案研究关键作业参数对茎秆未剥净率(剥叶后残留蔗叶和叶鞘占剥叶前全部蔗叶和叶鞘的比值)的影响规律并获得最佳作业参数:喂入辊筒转速250 r/min,剥叶辊筒转速540 r/min,茎秆与剥叶元件搭接长度13.9 mm,甘蔗喂入根数1.68根,此时茎秆未剥净率为2.2%。验证试验结果表明,在单根和双根喂入时,甘蔗茎秆未剥净率分别为2.0%和3.1%。通过高速摄像分析叶鞘的剥离过程,并获得最优作业参数下茎秆的输送速度区间为2.3～2.9 m/s。该研究结果为改善甘蔗收割机剥叶效果、提高作业适应性提供参考。

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【部分图文】：

图1甘蔗剥叶原理

如图1所示，在剥叶过程中，收割机上、下剥叶辊筒匀速转动，甘蔗茎秆穿过相邻2个剥叶元件之间的间隙，被剥叶元件夹持和挤压并向后输送，茎秆受到法向力Fz和切向力F的作用。切向力的水平分量Fx沿轴向将蔗叶和叶鞘剥离，垂直分量Fy将叶鞘从茎秆上拉开[26]，法向力Fz使剥叶元件与茎秆产生摩....

图7喂入辊筒和剥叶辊筒转速对蔗叶未剥净率的交互影响

由表6可知，喂入辊筒转速与剥叶辊筒转速的交互效应较显著（P=0.0051）。运用MATLAB2017软件绘制二者对未剥净率的响应曲面和二维等高线，如图7所示，随着喂入辊筒转速与剥叶辊筒转速的上升，蔗叶未剥净率先下降后上升，表明在-1到1的编码范围内，蔗叶未剥净率有最小值。由等....

图8甘蔗剥叶过程

运用高速相机从试验台侧面捕捉甘蔗剥叶过程，并将图像导入Blaster’sMAS软件后对茎秆上的标记点逐帧追踪，获得茎秆在剥叶过程中的速度-时间曲线，如图9所示。图中反映的是单根喂入时甘蔗的剥叶过程，其中包含多次剥叶元件与茎秆的相互作用。当喂入辊筒转速为250r/min、剥叶辊....

图2甘蔗-剥叶辊筒仿真模型

通常情况下，仿真模型与实际情况越接近，仿真结果越准确。但在实际操作过程中，提高仿真模型精度需要更高的计算机硬件配置，同时仿真过程涉及多种非线性问题，模型精度的提高意味着运算量的提高。为平衡求解精度和求解效率的矛盾，本研究根据研究目的和实际情况对模型进行适当简化。根据先前研究[28....

本文编号：3934471