板蓝根收获机关键部件设计与试验研究

作     者：张泽璞 

作者单位：黑龙江八一农垦大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陶桂香

授予年度：2021年

学科分类：0828[工学-农业工程] 08[工学] 

主      题：板蓝根 挖掘部件 分离部件 设计 试验 

摘      要：收获是板蓝根生产的主要环节,目前板蓝根机械化收获作业水平低,相适用的收获机械装备尚属空白。为提高板蓝根机械化收获水平,提升板蓝根收获效率和质量,该文设计一种适用于单垄作业的摆动筛式板蓝根收获机,利用结构设计、理论分析、计算机虚拟仿真试验和田间试验等方法与手段,对板蓝根收获机两大关键部件—挖掘部件和分离部件进行设计与试验研究。主要研究内容包括:（1）以黑龙江省齐齐哈尔市泰来县板蓝根种植基地为研究对象,测量板蓝根物理特性,得到板蓝根根系轮廓形状及尺寸;对收获期土壤进行物理特性测定试验,得到土壤的粒径大小及比例、各层土壤的密度,为后续研究提供基础数据。（2）依据板蓝根收获农艺要求,分析对比不同类型挖掘铲的优缺点并结合挖掘铲的设计要求,以三角平面挖掘铲与栅条式挖掘铲为原型,设计一种尾部带栅条的V型平面挖掘铲,并确定相关结构参数。通过构建土壤压缩破坏理论模型和挖掘阻力模型,得到影响挖掘铲碎土性能和挖掘阻力性能的几何因素为:铲面倾角、铲刃斜角、铲体长度、铲体宽度。（3）利用EDEM软件并结合田间阻力验证试验,建立与实际土壤相符的虚拟土壤模型;以铲面倾角、铲刃斜角、铲体长度为试验因素,以挖掘阻力和碎土率为试验指标,在所建立的虚拟土壤模型中对V型平面挖掘铲采用三因素三水平Box-Behnken响应面分析法进行虚拟仿真试验,得到最优结构参数组合为铲面倾角17°,铲刃斜角53°,铲体长度377mm。（4）结合板蓝根自身结构特征,在分析对比不同类型分离装置优缺点的基础上,设计具有筛条-筛板组合式筛面的摆动式根土分离装置,对其关键部件进行结构设计;运用运动学和动力学分析方法,对分离筛面根土复合体的运动机理进行分析,确定摆动式根土分离装置的抛射强度、影响收获效果的主要因素及工作参数范围。（5）以筛面倾角、曲柄转速和曲柄半径为试验因素,明茎率和伤损率为评价指标,采用三因素五水平二次正交旋转组合试验设计方法安排试验,对试验样机进行田间性能试验。运用Design-Expert 8.0.6对数据完成方差分析和显著性检验,得到回归方程和响应曲面图,分析各因素间的交互作用,得到最优参数组合为筛面倾角14°、曲柄转速412r/min、曲柄半径23mm。进行验证试验,结果为明茎率96.09%,伤损率2.54%,满足板蓝根收获要求。