油菜聯(lián)合收獲機(jī)分體組合式割臺(tái)與定向輸送裝置研制.pdf

1、油菜是僅次于大豆的第二大油料作物，中國是世界油菜種植大國，其產(chǎn)量占世界總量的1/3。機(jī)械化聯(lián)合收獲是解決人工收獲油菜效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高等實(shí)際問題，提高生產(chǎn)效率的重要途徑之一。為提高油菜聯(lián)合收獲機(jī)的適應(yīng)性，結(jié)合適收期油菜種植密度與植株個(gè)體差異等生物學(xué)特性，研制了一種4LYZ-1.8型油菜聯(lián)合收獲機(jī)。該機(jī)主要由分體組合式割臺(tái)、定向輸送裝置、縱軸流脫粒分離裝置、旋風(fēng)分離清選系統(tǒng)與液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等組成。本文分析確定了4

2、LYZ-1.8型油菜聯(lián)合收獲機(jī)的工藝方案和工作過程及其技術(shù)參數(shù);針對(duì)聯(lián)合收獲機(jī)收獲油菜時(shí)因油菜莖稈高粗和存在纏繞堵塞的現(xiàn)象，提出了具有莖稈切割、輸送、復(fù)切功能的分體組合式割臺(tái)及其復(fù)切輸送器間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu);針對(duì)現(xiàn)有聯(lián)合收獲機(jī)上鏈耙式輸送器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸送路程長等實(shí)際問題，設(shè)計(jì)了定向輸送裝置與縱軸流脫粒分離裝置集成為一體，并開展了整機(jī)功能試驗(yàn)和田間性能測(cè)試。具體研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)開展適收期油菜植株生物學(xué)特性測(cè)試與分析。包括適

3、收期油菜種植密度、行距和株距等參數(shù)分布特征的測(cè)試，得出適收期油菜植株高度、單株質(zhì)量、最低分枝離地高度、底莢高度、植株重心位置、主莖稈直徑、最大角果層直徑和油菜與接觸材料的摩擦系數(shù)等機(jī)械物理特性。根據(jù)適收期油菜田間分布特征和機(jī)械物理特性分析確定了4LYZ-1.8型油菜聯(lián)合收獲機(jī)的工藝方案、工作過程及其技術(shù)參數(shù);并以此確定了整機(jī)結(jié)構(gòu)布局與功率分配。
　　(2)研制具有切割、輸送、復(fù)切、間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)等功能的分體組合式割臺(tái)。確定了復(fù)切輸

4、送器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，建立了莖稈復(fù)切過程的力學(xué)模型，依據(jù)最大剪應(yīng)力理論確定切刀的安裝傾角為12.8°，得出直線型切刀刃口長度為118-200mm，漸開線型切刀基圓半徑應(yīng)小于133.65mm;構(gòu)建了輸送、復(fù)切能力與切刀數(shù)量、幾何參數(shù)和安裝傾角等因素的函數(shù)關(guān)系，確定相鄰兩切刀的間距為100mm，同一螺距內(nèi)切刀數(shù)量為4;為進(jìn)一步提高現(xiàn)有聯(lián)合收獲機(jī)對(duì)油菜喂入量的適應(yīng)性，設(shè)計(jì)了一種復(fù)切輸送器間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)喂入量變化實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸送器與底板

5、的間隙，運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析表明調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)預(yù)緊彈簧最大預(yù)緊力和調(diào)節(jié)位移的最優(yōu)參數(shù)分別為366N和50mm。同時(shí)設(shè)計(jì)了導(dǎo)向頂蓋、升降液壓缸、割臺(tái)臺(tái)面長度及撥禾輪等其他部件與參數(shù)。
　　(3)開展分體組合式割臺(tái)性能試驗(yàn)與仿真分析。通過以復(fù)切輸送器轉(zhuǎn)速、喂入量和切刀類型為試驗(yàn)因素的正交試驗(yàn)，確定復(fù)切性能最優(yōu)水平為:復(fù)切輸送器轉(zhuǎn)速200r/min、喂入量2kg/s且選用漸開線型切刀;構(gòu)建了未切斷率、長度變異系數(shù)、莖稈長度和綜合評(píng)分4個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)

6、與漸開線切刀基圓半徑和安裝傾角之間的數(shù)學(xué)模型;同時(shí)利用高速攝像系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線觀察了莖稈復(fù)切過程和莖稈的遷移軌跡。開展間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明當(dāng)自適應(yīng)間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的彈簧預(yù)緊力和剛度系數(shù)分別為293N和12.65N/mm時(shí)，輸送器扭矩為8.267N m，降低了40.7％，調(diào)節(jié)位移為10.2mm，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)性能較優(yōu);自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)輸送器性能影響試驗(yàn)結(jié)果表明:增設(shè)間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可明顯降低扭矩并增加最大喂入量;喂入量波動(dòng)時(shí)，試驗(yàn)組最

7、大扭矩小于對(duì)照組。基于ANSYS-ADAMS的油菜遷移過程柔性仿真分析確定撥禾輪的優(yōu)化參數(shù)組合為:前進(jìn)速度1.2m/s、撥禾輪轉(zhuǎn)速30r/min和安裝高度1200mm。
　　(4)設(shè)計(jì)研究一種定向輸送裝置并開展了結(jié)構(gòu)改進(jìn)與試驗(yàn)。為實(shí)現(xiàn)油菜莖稈由割臺(tái)至縱軸流脫粒分離裝置的定向有序過渡輸送，設(shè)計(jì)了一種可實(shí)現(xiàn)油菜莖稈輸送的定向輸送裝置，依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論分析確定了定向輸裝置的結(jié)構(gòu)與工作過程及其參數(shù);以物料通過率為試驗(yàn)指標(biāo)開展定向輸送

8、裝置的性能試驗(yàn)，結(jié)果表明定向輸送裝置可將割臺(tái)上的油菜順利輸送至脫粒裝置。在此基礎(chǔ)上以流暢、定向有序?yàn)樵O(shè)計(jì)原則開展了定向輸送裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)，將其與縱軸流脫粒分離裝置集成于一體，脫粒滾筒軸線與輸送輪軸呈“T”字形垂直分布，獨(dú)立旋轉(zhuǎn)互不干涉，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu);性能試驗(yàn)表明改進(jìn)型定向輸送裝置與脫粒裝置配合可完成對(duì)物料的定向輸送、脫粒、分離等環(huán)節(jié)。
　　(5)系統(tǒng)的開展油菜聯(lián)合收獲機(jī)功能性試驗(yàn)和田間適應(yīng)性試驗(yàn)。依據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)分別開展了分體組合式割臺(tái)

9、性能試驗(yàn)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)空載功率測(cè)試和田間功能性試驗(yàn)。聯(lián)合收獲機(jī)復(fù)切性能試驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)切輸送器轉(zhuǎn)速和喂入量分別在200-400r/min和05-1.5kg/s范圍內(nèi)，油菜莖稈被復(fù)切為短莖稈，有利于后續(xù)減少脫離功耗，避免堵塞。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)空載試驗(yàn)表明，不同工況下液壓回路功耗在6.8-8.7kW范圍變化，波動(dòng)幅度較小，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能較為穩(wěn)定。田間性能試驗(yàn)表明，分體組合式割臺(tái)將油菜在離地350mm處切斷，割茬穩(wěn)定;復(fù)切輸送器將高粗的油菜莖稈切

10、割為平均長度小于364mm的短莖稈;間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可依據(jù)喂入量的波動(dòng)實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸送器與底板之間的間隙，提高輸送能力，避免輸送器堵塞;定向輸送裝置可及時(shí)將油菜由割臺(tái)定向輸送至縱軸流脫粒裝置并完成脫粒分離環(huán)節(jié)不發(fā)生堵塞。收獲機(jī)結(jié)構(gòu)布局和參數(shù)匹配合理，田間通過性和穩(wěn)定性良好，可滿足油菜聯(lián)合收獲作業(yè)。
　　論文創(chuàng)新點(diǎn):
　　(1)設(shè)計(jì)了一種集成切割、輸送、復(fù)切、間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的分體組合式割臺(tái)，具有復(fù)切功能且可實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)輸