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TRIZ辅助马铃薯收获机薯土分离输送装置创新设计

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中国农机化学报 2023年第3期44卷 6-12页

作者：付敏李庆双郝镒林高风东北林业大学机电工程学院哈尔滨市150040

针对马铃薯收获机薯土分离输送装置存在薯土分离不充分、伤薯率高等问题,应用TRIZ理论对薯土分离输送装置进行创新设计;基于系统功能分析识别薯土分离输送装置的功能缺陷,应用物场模型、技术矛盾、物理矛盾等TRIZ工具求解创新方案,设计... 详细信息

针对马铃薯收获机薯土分离输送装置存在薯土分离不充分、伤薯率高等问题,应用TRIZ理论对薯土分离输送装置进行创新设计;基于系统功能分析识别薯土分离输送装置的功能缺陷,应用物场模型、技术矛盾、物理矛盾等TRIZ工具求解创新方案,设计一种具有双抖动单元和降运抖动筛面的薯土分离输送装置。基于输送筛面上薯土秧混合物的力学分析,确定筛面倾角范围为β≤32°;结合理论分析和生产实际确定一阶升运筛面倾角为20°、二阶升运筛面倾角为16°、降运抖动筛面倾角10°、抖动单元振幅为21 mm、分离筛杆条间距为50 mm、各阶筛面输送有效长度分别为450 mm、600 mm、1000 mm和100 mm。通过升运分离筛和降运分离筛抖动筛面的运动学分析对比,验证创新方案的合理性。

关键词：马铃薯收获机薯土分离输送装置 TRIZ

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马铃薯联合收获薯土分离技术与装置研究

中国农机化学报 2022年第10期43卷 42-50页

作者：李聿尧杨红光王冰吴峰顾峰玮范加力农业农村部南京农业机械化研究所南京市210014

马铃薯主粮化战略的实施使得国内更加重视马铃薯行业的发展,马铃薯全程机械化、自动化受到更多关注。马铃薯联合收获是其生产过程中的重要一环,而决定收获质量的关键就是薯土分离技术。为进一步了解和掌握国内外薯土分离技术的研究现状... 详细信息

马铃薯主粮化战略的实施使得国内更加重视马铃薯行业的发展,马铃薯全程机械化、自动化受到更多关注。马铃薯联合收获是其生产过程中的重要一环,而决定收获质量的关键就是薯土分离技术。为进一步了解和掌握国内外薯土分离技术的研究现状,进行综述分析,并重点阐述带杆振动式、振摆结合式、拨动式、旋转式四种不同分离技术的结构原理以及联合收获中的二次薯土分离形式,并对目前联合收获中薯土分离装置的应用做了介绍,明确马铃薯联合收获薯土分离环节当前的主要问题是分离效果和块茎损伤之间的矛盾关系。从不同土壤类型、不同种植区域对薯土分离技术装置的设计思路进行分析,并从智能化、复合型、绿色化三个方面对未来进行展望,以期对从事相关研究的学者提供一定的参考。

关键词：马铃薯联合收获薯土分离带杆振动式振摆结合式拨动式分离旋转式分离

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薯土分离过程中马铃薯运动特性试验研究

薯土分离过程中马铃薯运动特性试验研究

作者：刘广宇内蒙古农业大学

学位级别：硕士

为探究马铃薯运动特性与分离筛结构及工作参数的关系,该论文以新型马铃薯挖掘机为试验机型进行田间试验。借助高速摄像机采集数据后,利用TEMA分析软件得到马铃薯在三阶六吊杆摆动分离筛上的水平方向位移、跳跃高度、跳跃次数、速度以及... 详细信息

为探究马铃薯运动特性与分离筛结构及工作参数的关系,该论文以新型马铃薯挖掘机为试验机型进行田间试验。借助高速摄像机采集数据后,利用TEMA分析软件得到马铃薯在三阶六吊杆摆动分离筛上的水平方向位移、跳跃高度、跳跃次数、速度以及加速度与运动时间历程图,研究不同试验因素下马铃薯的运动学特性变化规律和分离筛性能指标变化规律。主要研究如下:1.随着曲柄转速的增大,马铃薯的运动时间呈线性递减;马铃薯水平方向位移具有正反两方向运动交替变化过程,马铃薯水平位移变化由趋近于直线上升趋势逐渐呈先增后减的正反运动交替变化上升的趋势;马铃薯的跳跃高度也逐渐增大;在分离筛上马铃薯的平均跳跃次数呈现递减的趋势。2.当连杆长度增加到1070mm、一阶、二阶、三阶吊杆长度分别增加到290mm、370mm、570mm时,马铃薯在分离筛上的运动时间显著变大;马铃薯水平方向位移随马铃薯运动时间的增加呈先增强后减弱的上升趋势;马铃薯的跳跃高度由大变小;在分离筛上马铃薯的平均跳跃次数明显增加。3.随着机器前进速度的增大,马铃薯在分离筛上的运动时间逐渐减小;马铃薯水平方向的正反位移交替变化程度逐渐显著。但机器前进速度为2.21km/h时,马铃薯水平方向的位移趋近于直线;马铃薯的跳跃高度呈先增大后减小的变化规律;在分离筛上马铃薯的平均跳跃次数逐渐增大。4.不同分离筛参数下,对明薯率与破皮率性能指标的影响:随着曲柄转速的增大,明薯率先稳定在97%以上,然后当曲柄转速为225r/min时减小到88.65%,而破皮率呈线性递增;连杆吊杆组合长度的5个水平下,明薯率大多稳定在96%以上,只有连杆长度为1070mm、一阶、二阶、三阶吊杆长度分别为290mm、370mm、570mm时,明薯率为90.05%,但破皮率平均较低;随着机器前进速度的增大,明薯率保持在96%以上,而破皮率呈逐渐减小的变化趋势。5.利用SPSS数据分析软件获得了不同的曲柄转速、连杆吊杆组合长度及机器前进速度时,分离筛性能指标与马铃薯运动学特性参数之间的相关关系。在曲柄转速的5个水平下,马铃薯的破皮率与运动学特性之间均存在显著性相关关系;在连杆吊杆组合长度的5个水平下,马铃薯的明薯率与运动时间、跳跃次数、速度以及加速度有显著性相关关系;在机器前进速度的5个水平下,马铃薯的明薯率、破皮率与运动学特性之间并未存在显著性相关。

关键词：马铃薯运动学特性分离筛性能田间试验薯土分离

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链杆式升运器薯土分离损伤机理研究

中国农业大学学报 2014年第2期19卷 174-180页

作者：王冰胡良龙胡志超田立佳计福来马标农业部南京农业机械化研究所南京210014

4GS-1500型甘薯收获机采用链杆式升运器作为输送分离装置,是杆条升运链式甘薯收获机的典型代表机具。为改进链杆式升运器设计、减小输送分离和抛薯过程中对甘薯的损伤,以商薯19、阜薯24、郑薯20为对象,采用配置了链杆式升运器的4GS-150... 详细信息

4GS-1500型甘薯收获机采用链杆式升运器作为输送分离装置,是杆条升运链式甘薯收获机的典型代表机具。为改进链杆式升运器设计、减小输送分离和抛薯过程中对甘薯的损伤,以商薯19、阜薯24、郑薯20为对象,采用配置了链杆式升运器的4GS-1500型甘薯收获机进行甘薯收获试验,运用力学、运动学等原理,结合试验分析,研究链杆式升运器在输送分离、抛薯过程中产生损伤的原因和减小损伤率的措施。结果表明:配置了链杆式升运器的4GS-1500型甘薯收获机主要损伤形式为表面擦伤,同时伴有压损、薯肉缺损、断裂等特征。损伤主要由输送分离时土块、甘薯、链杆等对甘薯挤压、冲击、摩擦以及抛薯时甘薯撞击地面所产生的冲击造成。通过优化链杆式升运器的设计参数和运行参数,甘薯损伤率降至约1.5%。

关键词：甘薯链杆式升运器损伤薯土分离

小型马铃薯收获机薯土分离装置的改进设计与试验

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小型马铃薯收获机薯土分离装置的改进设计与试验

作者：冯雪四川农业大学

学位级别：硕士

我国马铃薯种植面积宽广且各地种植模式差异较大,而四川地区受地理环境的限制且土壤偏黏性的影响,马铃薯机械化收获水平较低,因此研究高筛分性能、低伤薯率的薯土分离装置对四川地区实现马铃薯机械化生产具有重要的意义。本文针对四川... 详细信息

我国马铃薯种植面积宽广且各地种植模式差异较大,而四川地区受地理环境的限制且土壤偏黏性的影响,马铃薯机械化收获水平较低,因此研究高筛分性能、低伤薯率的薯土分离装置对四川地区实现马铃薯机械化生产具有重要的意义。本文针对四川地区土壤偏黏性造成的马铃薯收获时薯土分离效果差、伤薯率高的问题,设计了一种升运链式薯土分离装置,采用“单级升运链+两级振动可调”的形式。基于现有的马铃薯种植模式,测定了大垄双行种植模式的具体参数、收获期马铃薯的生长特性和土壤特性。确定了薯土分离装置的关键结构和相关参数,通过EDEM对薯土分离过程进行离散元仿真,分析了薯土分离过程中土壤颗粒和马铃薯颗粒的运动状态,并验证了所设计的升运链能够满足土壤筛分要求。通过田间试验,确定了各个因素对马铃薯收获效果的影响规律,得出了薯土分离装置的最佳参数组合并进行田间测定。主要研究内容如下:(1)以四川省彭州市蒙阳镇马铃薯试验基地为本次设计的数据采集地点和田间试验地点,调研得出此处的马铃薯种植模式为大垄双行种植模式,种植品种为兴佳2号。测得了大垄双行种植模式的特征参数、收获期马铃薯生长特性参数和薯块基本参数;对收获期土壤参数测量结果显示:在0-200mm深度范围内的土壤含水率、土壤容重、土壤紧实度都随着深度的增加而增大。(2)通过前期的试验与分析,确定了薯土分离装置的总体设计方案为“单级升运链式+两级振动可调”的机构形式。设计了升运链和抖动器的结构参数,并确定抖动器工作振幅为10mm-50mm。分析了薯土分离过程中升运链和马铃薯的运动特征,确定了影响薯土分离效果的主要影响因素和参数范围。(3)对薯土分离装置进行离散元仿真。根据前期田间测定结果建立薯土分离装置实体仿真模型、土壤颗粒和马铃薯颗粒,并且建立马铃薯种植垄仿真模型,进行薯土分离仿真试验。试验结果表明:整个收获过程中,升运链线速度和抖动器振幅等对土壤颗粒和马铃薯颗粒的运动速度有较大影响,所设计的升运链的工作长度能够满足薯土分离的要求,能够较好的筛分掉土壤。(4)对改进后的薯土分离装置进行田间试验。首先,通过单因素试验得到了各个因素对薯土分离效果和马铃薯质量的影响规律;然后,进行交互试验,通过对试验结果的分析和参数优化,确定了田间收获中的最佳组合参数。最后,对参数优化后的收获机进行田间检测试验,得到收获速度为1.0m/s,升运链线速度为1.6m/s,抖动器振幅为30mm,升运链倾角22°时,明薯率为98.5%,伤薯率为0.9%,结果表明其符合四川偏黏性土壤地区的马铃薯收获作业,收获效果优于国家标准。

关键词：马铃薯收获薯土分离升运链黏土离散元

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马铃薯联合收获薯土分离特性研究与机构优化

马铃薯联合收获薯土分离特性研究与机构优化

作者：李聿尧中国农业科学院

学位级别：硕士

马铃薯作为我国第四大粮食作物,具有营养均衡、用途多样的特点。目前国内成熟的马铃薯联合收获装备仍较少,其薯土分离环节仍存在薯块容易受损、清土能力较低的情况。为了提高马铃薯联合收获薯土分离的作业效果,本文对带杆式薯土分离装... 详细信息

马铃薯作为我国第四大粮食作物,具有营养均衡、用途多样的特点。目前国内成熟的马铃薯联合收获装备仍较少,其薯土分离环节仍存在薯块容易受损、清土能力较低的情况。为了提高马铃薯联合收获薯土分离的作业效果,本文对带杆式薯土分离装置进行了一系列试验研究。以我国西北地区广泛种植的马铃薯品种作为研究对象,对收获期薯块和土壤的相关物理特性参数进行了探究。基于实际收获需求与田间情况确定了带杆式薯土分离机构的设计方案,对分离作业时机构、薯块、土壤三者的交互作用机理进行了研究分析;借助DEM-MBD耦合仿真手段探究了影响薯土分离效果的关键因素,确定了粗细间隔型分离带杆的工作参数与结构参数的最优组合。本研究能为高效低损的小型马铃薯联合收获装备的研制和优化提供一定的参考借鉴。本文所进行的主要研究内容与所得结论如下:(1)以我国西北地区广泛种植的“陇薯七号”作为研究对象,测量其含水率、密度、压缩特性和碰撞恢复系数,并探究了不同杀秧时间对各参数的影响显著性。对试验结果进行单因素ANOVA分析可得:不同杀秧时间对薯块的含水率、泊松比和密度的影响不显著;薯块的压缩破坏力、弹性模量和剪切模量则随着杀秧时间的增加而显著上升;薯块之间的碰撞恢复系数和薯块与钢板之间的碰撞恢复系数均随杀秧时间增加而显著减小。(2)以马铃薯收获期的田间土壤作为试验对象,通过圆桶提升法测得土壤堆积角的大小、通过万能试验机测得土块剪切最大破坏力。并以此为指标,分别建立相应的离散元仿真模型,对土壤颗粒的离散元参数进行标定。根据堆积角仿真试验确定了土壤的本征参数、土壤颗粒间的接触参数、土壤颗粒与钢(机构)之间的接触参数。根据土块剪切破碎仿真试验,确定土块破碎bond模型所需粘结参数。(3)基于收获要求与田间实际情况,对带杆式薯土分离机构及其在小型联合收获装备整机内的布局结构进行了分析与设计,初步设计了三种不同杆条形式的分离带杆。并对分离作业过程中杆条的运动变化、薯块运动特性、土壤筛分情况、土块破碎情况进行了理论分析,明确了影响薯土分离特性的关键因素。(4)基于实际试验测量的马铃薯块茎物理参数和仿真标定试验确定的土壤离散元参数,通过EDEM软件和Recur Dyn软件建立了DEM-MBD耦合的薯土分离作业仿真模型,分析了分离过程中土薯混合物内薯块和土壤颗粒的速度、位移变化情况以及大土块破碎的情况。通过单因素试验探究各因素对薯块损伤情况和土壤清除效果的影响规律,并通过对比三种不同杆条结构分离带杆的薯土分离效果完成杆条结构的选型,确定以粗细间隔型分离带杆为基础进行进一步的结构与工作参数优化。(5)基于Box-Behnken试验设计原理,以粗细杆直径之比、带杆角度、带杆线速度以及收获前进速度作为四个影响因素,以定义的薯块损伤系数和土壤清除率作为两个评价指标,在已搭建的仿真模型上开展参数优化试验。分别建立影响因素与评价指标间的回归模型并确定各因素对薯块损伤和清土效果影响的主次顺序。再进行多目标优化求解,确定粗细间隔型分离带杆的结构参数与工作参数的最优组合为:粗杆直径为16mm、细杆直径为10mm的分离带杆在作业角度为17.5°,带杆的线速度为1.20m/s,收获前进速度为0.80m/s进行薯土分离作业时效果最好。以此组参数进行仿真试验的结果为薯块受损系数401.00,土壤清除率98.61%;进行田间试验的结果为薯块破皮率0.53%,薯土质量比1.582,薯土分离效果有明显提升。

关键词：马铃薯联合收获薯土分离带杆式分离机构 DEM-MBD耦合仿真参数优化

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升运链式薯土分离装置的设计与试验研究

升运链式薯土分离装置的设计与试验研究

作者：周东麟黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

随着马铃薯主粮化战略的提出,马铃薯逐渐从粮食作物转变为第四大主粮作物。黑龙江省作为北方马铃薯的重要产地,其马铃薯种植面积大、产量高而受到广泛关注。目前黑龙江省内的马铃薯产业多为人力、畜力进行,在收获薯土分离环节受到人为... 详细信息

随着马铃薯主粮化战略的提出,马铃薯逐渐从粮食作物转变为第四大主粮作物。黑龙江省作为北方马铃薯的重要产地,其马铃薯种植面积大、产量高而受到广泛关注。目前黑龙江省内的马铃薯产业多为人力、畜力进行,在收获薯土分离环节受到人为的因素造成损伤,严重降低了马铃薯的产出效益。在保证薯土分离质量的基础上研制出一款能够降低损伤效果的马铃薯收获装置,对该装置中抖动轮的振动频率、升运链线速度、倾斜角度进行优化设计,以马铃薯的损伤面积、损伤深度作为试验评价指标,以此来提高马铃薯收获质量。本文对“延薯4号”马铃薯及种植土壤进行物理特性研究,分别利用环刀法、烘干法对马铃薯种植土壤容重及含水率的测定;利用三坐标测量仪对马铃薯基本物理参数进行测定,利用万能压力试验机对薯块弹性模量、泊松比进行测定计算。为主要工作部件的设计提供理论依据。完成对薯土分离试验平台总体方案设计,结合测得的马铃薯三轴尺寸,完成对升运链的设计,结合测得的土壤特性,完成对二级升运链下加装抖动轮的设计,通过对马铃薯在链面上的受力分析,完成对升运链倾斜角度及二级升运链上加装挡薯板的设计,利用Solid Works 2016完成对试验平台的三维建模以及搭建前的准备工作,按比例加工试制试验平台。对试制的薯土分离试验平台进行台架试验,以升运链线速度、倾斜角度及抖动轮振动频率作为试验影响因素,以分离后马铃薯的损伤率为试验指标,采用二次回归旋转组合试验的方法进行试验研究,对试验结果进行分析,得到各试验因素对试验指标的显著影响并得到最佳参数组合,以此来提高马铃薯收获作业的作业质量。

关键词：马铃薯收获机薯土分离受力分析

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薯土分离装置液压驱动系统性能分析

中国农机装备 2023年第4期 80-82页

作者：朱卫江寇海峰陈明东胡鹏翔尚书旗韩子龙周建东享锐(洛阳)机械科技有限公司洛阳471800 青岛农业大学机电工程学院青岛266109 宁夏回族自治区农业机械化技术推广站银川750000

为提高马铃薯收获机的收获效率,设计了马铃薯收获机薯土分离装置液压驱动系统。基于薯土分离装置液压驱动系统的工作特点,在拖拉机发动机转速为1500r/min工况下,分析了液压驱动系统的压力和流量特性。结果表明:当液压驱动系统压力为8MPa... 详细信息

为提高马铃薯收获机的收获效率,设计了马铃薯收获机薯土分离装置液压驱动系统。基于薯土分离装置液压驱动系统的工作特点,在拖拉机发动机转速为1500r/min工况下,分析了液压驱动系统的压力和流量特性。结果表明:当液压驱动系统压力为8MPa时,薯土分离装置工作稳定,无堵塞现象;当系统压力达到10MPa时,薯土分离装置开始出现堵塞现象;当系统压力超过12MPa时,薯土分离装置严重堵塞停止工作。研究成果为马铃薯收获机薯土分离装置转速调节方法的研究提供了理论依据。

关键词：马铃薯收获机薯土分离液压驱动系统压力流量分析

基于薯土梳刷分离的轻量化番薯收获机设计与试验研究

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基于薯土梳刷分离的轻量化番薯收获机设计与试验研究

作者：姚自力浙江农林大学

学位级别：硕士

番薯是我国乃至世界重要的农业产品,具有食用和药用两方面作用。我国作为最大的番薯生产国,每年番薯总产量占据世界一半以上。但目前我国在番薯收获阶段机械化程度依旧普遍较低,基本都是人工采收为主,由此导致了农户们劳动强度过大并且... 详细信息

番薯是我国乃至世界重要的农业产品,具有食用和药用两方面作用。我国作为最大的番薯生产国,每年番薯总产量占据世界一半以上。但目前我国在番薯收获阶段机械化程度依旧普遍较低,基本都是人工采收为主,由此导致了农户们劳动强度过大并且收益降低。特别是在南方丘陵地区,此种植地区零散农户较多,种植地块狭小而分散,种植农艺和模式也较为复杂,因此大型薯类收获机不适应此地区、中小型薯类收获机薯土分离效果不明显等关键问题并没有得到解决。因此研制一款针对丘陵地区使用的轻量化番薯收获机不仅能够提高番薯生产机械化水平、生产效率以及降低劳动强度,以此增加农户们的生产收益。本论文依托浙江省尖兵领雁计划项目:“适合山地作业的小型农机装备——丘陵山地全程机械化生产关键技术与轻简化装备研发”课题,具体研究内容如下:(1)整合统计相关资源,经过实地走访调研浙江省内主要番薯产区勘测得出丘陵地区的番薯种植农艺和种植模式,并测定了此地土壤的特性参数和番薯的基本物理参数,为后续设计和他人研究提供数据支撑和理论依据。(2)根据浙江省番薯种植农艺确定了整机设计方案,其中主要包括了机架、挖掘装置、一级输送分离装置和二级滚筒分离装置,并计算确定了各关键部件功率消耗。(3)完成各装置的设计。挖掘装置主要采用箭形铲刚性固定在倾斜铲体上的形式来获得更大的破土能力和更优秀的入土角。在一级输送分离装置中,通过理论分析确定了为偏心轮带动的曲柄连杆机构,并且计算分析出分离筛板的基本参数。在二级分离滚筒的设计中,由于浙江省降雨较多导致土壤较为黏重,所以薯土分离较为困难。因此在二级滚筒分离时,通过滚筒筛杆的带动作用去除表面细小粘土,并利用筛杆将分离完成后的番薯抛落至后方收获小车中。(4)完成对各关键部件的仿真分析。对挖掘铲进行静力学分析,并且基于离散元对挖掘过程和分离过程分别进行仿真,得出仿真结论后对结果进行分析。(5)在工厂中完成对样机的试制,并在拖拉机的牵引下完成了田间实际收获试验,作业结果所统计的数据具体为平均明薯率99.489%、平均伤薯率为1.203%、平均破皮率为3.286%,各项性能指标均满足国家行业标准,表明了此基于薯土梳刷分离的轻量化番薯收获机具有在田间实际作业的可行性。

关键词：番薯收获机薯土分离丘陵山地田间试验离散元