试析马铃薯收获机关键部件设计与试验研究

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1、分类号：$225．71密级：单位代码：10019学号：B030510’j：嚼差弋夭等学位论文马铃薯收获机关键部件设计与试验研究DesignandExperimentStudyontheCriticalPartsofPotat0Harvesters研究生：煎矗霞指导教师：鲞盎苤煎撞合作指导教师：申请学位门类级别：墨堂盛±专业名称：盔些扭拭也墨壅研究方向：垫拯鏊垒生盐差扭型揎所在学院：墨鲎堕2006年5月摘要马铃薯是一种世界性经济作物，分布广泛，容易栽培，宣粮宜饲，宜做多种原料。近百年来，马铃薯产业发展迅速，世界各地均有栽植。中国是马铃薯发展最快的国家之一，种植面积约533万h

2、m2，产量约5500万吨(2001年统计)，居世界第一位；种植范围遍及全国，不同季节均有收获。随着农业产业结构的调整和产业道路的实施，马铃薯生产发展前景看好，种植面积稳中有增。目前马铃薯机械化收获尚处于发展阶段，生产中所应用的马铃薯收获机大都根据经验设计，没有精确的部件理论研究为基础，作业性能较差，不能满足收获要求。针对此问题，本论文对马铃薯收获机的挖掘铲和振动筛进行了深入的理论分析与试验研究，主要研究成果包括：1)从种植模式、块茎的物理机械特性、土壤物理性质及粘附特性、配套动力等方面对马铃薯收获技术进行研究，针对目前马铃薯机械化收获中挖掘和筛分面对的技术难题，重点分析了影

3、响收获性能的主要因素。2)采用INVENTOR三维造型软件对挖掘铲进行虚拟设计，基于土壤与铲体作用动力学分析，建立了挖掘铲牵引阻力数学模型。通过计算机辅助分析(ComputerAidedAnalysis，CAA)手段，使用VB语言编程实现了挖掘铲牵引阻力与前进速度、铲面倾角、挖掘深度和工作幅宽等主要影响因素的模拟试验，确定了挖掘铲参数，并在虚拟装配体中进行参数调整改进模型。3)采用FEPG有限元分析软件编制挖掘铲与土壤相互作用的有限元程序，通过有限元分析，得出土壤的变形、位移和应力，进而得出挖掘铲的牵引阻力，并得出作业参数和模型参数与牵引阻力之间的关系；采用ANSYS软件进

4、行挖掘铲静强度分析，对设计材料的弯曲破坏性能进行校核。参数优化和有限元分析结果表明：适宜的土壤作业环境为砂壤土，土壤含水率为15％，土壤容重1500kg／m3。挖掘铲参数优化设计结果为：铲面倾角口为1产，铲刃斜角n为50口，铲片长度为250ram，单铲片宽度为100mm，组合铲片宽度为600ram。4)采用ADAMS仿真软件对振动筛和块茎进行运动仿真，仿真试验结果表明：①振动筛质心点速度v≤0．5m／s，加速度a处于2．5rrgs2一<口一<20m／s2范围内，满足对块茎沿筛面运动状态的要求。②圆形与椭圆形块茎所能承受的振动频率分别为310r／m和320r／m。设计振动筛频

5、率，为5．5Hz。在相同振动频率条件下圆形块茎更易受损伤。③圆形与椭圆形块茎均在振幅为24～34mm范围内，伤薯增长率较小。振幅相同时，圆形块茎更易受损伤。设计振动筛振幅为30mm，满足伤薯率要求。④中、小尺寸马铃薯所受碰撞压力的最大值分别为250N和40N，均小于使之破坏的压力。5)利用INVENTOR三维造型软件对单行马铃薯收获机进行了整机和部件设计。制作出新型马铃薯收获机一台，依次在学校试验地、河北保定清苑县和北京房山区等地进行了110多亩的收获试验，结果表明：当土壤环境适宜时，在已除茎秧的地块进行收获作业，该机明薯率>95％，挖净率，95％，伤薯率<5％，损失率<5

6、％．各指标均满足收获农艺要求。关键词：马铃薯收获机，挖掘铲，CAA，有限元分析，振动筛，运动仿真AbstractPotatoisoneofcosmopolitaneconomicalcrops，anditholdsgoodcharacters，suchaswidespreading,easytoplanting,beingtograinandfeedstuff,andallkindsofchemicals．Potatoindustrydevelopsquicklyandmanycountriesplantpotatointheworld．ChinaisOlleofcount

7、rieswhichdeveloppotatomostquickly,with5，330，000hm‘areasand55,000，000tonsproduction，whichranksfirstintheworld．ItisplantedinthewholeofChinaandcanbeharvestedindifferentseasons．Withtheadjustmentofindustrystructureandimplementofindustryway,potatohasgooddevelopingvi