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秧果定向铺放式花生挖掘机设计与试验

秧果定向铺放式花生挖掘机设计与试验

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作者：宿灵彬河南农业大学

学位级别：硕士

花生是我国重要的油料作物,其机械化生产对维护我国粮油安全具有重大战略意义。花生机械化收获模式通常是两段式收获,由花生挖掘机完成挖掘、去土、铺放工作,晾晒后通过捡拾收获机完成捡拾、摘果作业。现有机型在挖掘完成进行铺放时,植... 详细信息

花生是我国重要的油料作物,其机械化生产对维护我国粮油安全具有重大战略意义。花生机械化收获模式通常是两段式收获,由花生挖掘机完成挖掘、去土、铺放工作,晾晒后通过捡拾收获机完成捡拾、摘果作业。现有机型在挖掘完成进行铺放时,植株铺放较为凌乱,且呈现出秧果在下,秧蔓在上的铺放状态,导致田间晾晒环节时间长,易受天气影响而产生霉变。因此,在保证秧果铺放有序的情况下,提高荚果在上、秧蔓在下的荚果朝上铺放率,是提高花生机械化收获作业质量的关键。本文结合河南花生主产区的农艺要求,设计了一种秧果定向铺放式花生挖掘机,对秧果物料运移铺放规律进行理论分析和试验研究,主要研究内容如下:(1)以在河南花生主产区广泛种植的豫花37为研究对象,对成熟期花生秧果特性进行研究。主要测量了花生秧果的基本生物特性物理参数;借助高速摄影仪、摩擦系数测定台,得到了花生茎秆的离散元接触参数;利用万能试验机获得花生秧果的力学特性参数;基于Hertz-Mindlin(no slip)with Bonding V2接触模型,通过构建球形小颗粒进行聚合模拟弯曲,对花生茎秆之间的粘结参数进行标定,为花生秧果离散元模型构建打下了基础。(2)以实现荚果朝上、秧蔓在下的铺放姿态作业效果为目标,对花生挖掘机关键机构中挖掘装置、升运装置和定向铺放装置进行了结构设计。结合河南省花生主产区主要花生品种种植农艺要求,确定了定向铺放式花生挖掘机的挖掘装置、升运装置和定向铺放装置运动参数。基于对挖掘过程中的花生秧果进行受力分析,得到了定向铺放式花生挖掘机的挖掘入土角度为18°;根据花生秧果生物力学特性及升运铺放过程中的运动分析,得到升运装置中升运主动链轮的转速为97 r/min～136 r/min;翻秧轮的转速要求为63 r/min～93 r/min。(3)采用Recur Dyn-EDEM耦合仿真的求解方法,探求挖掘机田间作业前进速度、升运链主动链轮转速、翻秧轮转速对定向铺放式花生挖掘机铺放效果的影响规律。通过EDEM软件建立的成熟花生秧果的离散元模型,Recur Dyn建立的升运铺放装置模型,研究了花生秧果在定向铺放式花生挖掘机中的运移规律,进行了三因素五水平的正交旋转组合试验,确定了定向铺放式花生挖掘机的最佳工作参数组合为挖掘机前进速度为1.06 m/s,升运链主动链轮转速为110 r/min,翻秧轮转速为82 r/min,荚果朝上率为76.4%,满足设计要求。(4)试制定向铺放式花生挖掘机样机并开展田间试验,在最佳作业参数组合的基础上进行了三次重复性验证试验。试验结果显示,埋果率≤1.0%,总损失率≤3.0%,带土率≤8%,有序铺放率为94.15%,荚果朝上率为75.2%,田间试验与仿真模拟预测的荚果朝上率的相对误差为2.86%,验证了定向铺放装置的结构合理性和优化参数的可行性。满足国家标准NY/T 502-2016《花生收获机·作业质量》中的花生挖掘机设计要求。

关键词：花生挖掘机定向铺放 RecurDyn-EDEM耦合仿真荚果朝上率

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