【摘要】：三七属于五加科人参属植物,系我国西南地区特有的名贵中药材,具有巨大的药用与经济价值。近年来随着市场需求量不断增加,三七种植面积增长势头迅猛,但三七收获仍采用人工采挖,其效率低下,劳动强度很大,相关人员针对三七的种植模式与农艺要求研发了一系列三七收获机械,取得了一些成果,但三七机械化收获的某些关键技术与装备仍需进一步改进研究。本文针对三七种植的农艺要求,在课题组前期研究的基础上对三七的挖掘系统、升运系统以及根土分离系统进行优化改进。研制开发一种集三七采挖—输送—脱土于一体的三七收获试验平台,并进行台架试验与田间试验。本论文依托云南省重点新产品开发项目“三七生产机械化关键装备研究开发"进行课题研究,具体研究内容及结论如下:(1)以云南省文山州种植三七为主要研究对象,同时对云南省石林、弥勒等多个三七种植地区进行实地调研,了解最新的农艺要求。对三七块根的力学特性与土壤的物理机械性能进行深入研究,确定三七收获试验平台系统整体结构。(2)针对目前三七收获机中存在的问题,提出各个关键装置的解决方案。设计出一种新型组合式挖掘铲,在不降低三七收获率的前提下,可降低机前壅土程度;改进升运链,选用抖动轮,提高升运装置的可靠性;研制根土分离装置,利用碾压的方式对三七根土复合体进行挤压、剪切作用,实现根土快速分离。(3)采用EDEM软件对三七挖掘过程进行离散元仿真分析,通过与普通挖掘铲的挖掘阻力的对比,证明组合式挖掘铲在工作速度0.5m/s、0.7m/s、0.9m/s,挖掘深度100mm、150mm、200mm下其阻力皆优于传统挖掘铲。并采用组合式挖掘铲工作时其周围土壤颗粒轨迹佐证出三七运动趋势,验证在减阻的前提下仍可保证较高的收获率。(4)将三七块根与附着在三七上的土壤看作一个天然的根土复合体,建立三七根土复合体的仿真计算模型,采用ANSYS/EXPLICIT显示动力学仿真软件对其进行碾压过程的仿真,仿真结果表明三七根土复合体在受到碾辊与带孔托板的挤压与剪切破坏的过程中,随着碾辊的旋转,土壤在碾辊旋转的正方向与反方向同时变形破坏,其中以与碾辊直接接触部分的土壤破碎最为明显。碾辊接触的土壤被挤压破碎,土壤在与碾辊直接接触的部位应力值最大,发生断裂与破碎现象。(5)制作样机进行三七收获率的田间试验,建立了以三七收获率为响应值的回归模型,分析得出了各因素对收获率的影响的主次顺序为:入土隙角、铲面倾角、作业速度。通过模型中交互作用有显著影响的因素,进行响应面分析,得出了铲面倾角与入土隙角对收获率的变化规律。应用所建模型优化得到最佳作业参数:铲面倾角20°、入土隙角12°、作业速度0.75m/s。田间验证试验收获率达到98.38%,与模型优化结果相近,满足作业要求。同时样机三七伤根率平均值为3.6%,作业效率达到0.3 hm2/h,主要技术指标均已达到合格要求。(6)以田间收获后的三七根土复合体进行二次碾压根土分离试验,采用两组正交试验设计,分别探讨第一级碾压与第二级碾压在以三七去土率为响应者的最优组合。试验得出两个碾辊的表面形状都为方凸块,碾辊与带孔托板的碾压间隙都为23mm,第一个碾辊的转速为200r/min,第二个碾辊的转速为100r/min时为整个根土分离装置的最优工作方案。其中第一级碾压与第二级碾压正交试验中各因素的主次顺序都为:碾压间隙→碾辊表面形状→碾辊转速。
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【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S225
【参考文献】
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