油菜割曬機(jī)輸送鋪放機(jī)理研究與參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、我國是油菜生產(chǎn)大國，但油菜的種植效益低，生產(chǎn)成本高，機(jī)械化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。2013年油菜機(jī)械化收獲水平不足10％，低水平的油菜機(jī)械化技術(shù)已成為制約我國油菜產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸性因素。油菜分段收獲適應(yīng)性強(qiáng)，在我國當(dāng)前油菜種植制度多樣的條件下，是解決油菜機(jī)械化收獲的重要途徑。機(jī)械化割曬技術(shù)是油菜分段收獲的難點(diǎn)，其中技術(shù)關(guān)鍵是輸送與鋪放技術(shù)。研究油菜割曬作業(yè)禾稈輸送鋪放機(jī)理，開發(fā)油菜割曬機(jī)，對(duì)解決我國油菜分段收獲問題，提高油菜生

2、產(chǎn)機(jī)械化水平，保證我國糧油生產(chǎn)安全有重要意義。
　　本論文針對(duì)油菜割曬作業(yè)輸送鋪放技術(shù)問題，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合，研究機(jī)械化割曬作業(yè)適應(yīng)性與油菜植株相關(guān)特性之間的關(guān)系;理論分析與試驗(yàn)相結(jié)合，研究油菜割曬作業(yè)鋪放質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及其影響因素以及割曬作業(yè)過程中莖稈的輸送鋪放過程，構(gòu)建油菜割曬作業(yè)莖稈輸送鋪放特性;采用田間試驗(yàn)手段，對(duì)影響油菜割曬作業(yè)輸送鋪放質(zhì)量的因素進(jìn)行單因素和多因素試驗(yàn)，參數(shù)優(yōu)化，構(gòu)建油菜割曬作業(yè)裝備。
　　主要研究內(nèi)容和

3、結(jié)果如下:
　　(1)研究了與機(jī)械化割曬作業(yè)相關(guān)的油菜相關(guān)特性。從適合機(jī)械化割曬作業(yè)角度出發(fā)，油菜植株應(yīng)半矮桿、抗倒伏，植株緊湊，花期集中，成熟比較一致，抗裂角。篩選了與油菜機(jī)械化割曬相關(guān)的特性，主要包括各分枝到植株根部高度，各分支長度，各分支與主莖稈的夾角，最大冠層離地面高度，最大冠層直徑，株高等。試驗(yàn)證明，不同種植方式與不同栽培方式下油菜植株生物學(xué)特性對(duì)油菜割曬作業(yè)的影響不同，直播油菜較移栽油菜適合于割曬作業(yè)，試驗(yàn)比較了5種油

4、菜品種，得出10月中上旬直播，種植密度30-45萬株/公頃，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量最大，同時(shí)，株型矮化緊湊，適合于機(jī)械化收獲。研究了油菜成熟度、適收期與割曬作業(yè)適應(yīng)性的關(guān)系，給出了油菜適割期判斷方法:植株上70％左右的角果呈黃綠色，主軸中部角果呈琵琶色。研究了油菜莖稈的摩擦特性和油菜角果的抗裂角特性，抗裂角指數(shù)變化范圍在0.0075至0.845之間，破損力的變化范圍為0.5031至3.9999N之間。研究了油菜割曬作業(yè)的后熟作用，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，油

5、菜割曬的后熟作用可以增加油菜產(chǎn)量，只要割曬時(shí)間掌握恰當(dāng)，可以改善油菜籽品質(zhì)。
　　(2)對(duì)油菜割曬機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。主切割器選擇國標(biāo)Ⅱ型往復(fù)式切割器，分析了割刀運(yùn)動(dòng)的速度、加速度。推導(dǎo)了割刀位移和速度之間，機(jī)器前進(jìn)速度、割刀速度、割刀結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，試驗(yàn)得出了主切割器切割力最小的最佳切割速度1.5m/s。豎切割器采用往復(fù)式雙動(dòng)刀切割器，選用整體小刀片，直接傳動(dòng)，在排禾口相對(duì)的割臺(tái)一側(cè)配置。給出了豎切割器與主切割器的相對(duì)位置關(guān)系，豎

6、切割器與主切割器的前伸量應(yīng)在200-400mm之間，在豎切割器機(jī)架剛度允許的情況下，可取較大值，以減少擾動(dòng)區(qū)。分析了豎切割器安裝傾角與割曬損失率之間的關(guān)系，給出了豎切割器安裝傾角，向后、向割曬臺(tái)外側(cè)傾斜10°-15°。采用5幅半徑為500mm的撥禾輪，轉(zhuǎn)速為12～42r/min，撥禾節(jié)距0.4。在分析撥禾輪對(duì)油菜莖稈的作用過程基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了撥禾輪與割刀之間的位置關(guān)系。撥禾輪中心與割刀的水平距離調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為0～276mm，中心的高度應(yīng)大于

7、1100mm。研究了輸送裝置結(jié)構(gòu)形式。給出了撥禾輪推送角與輸送帶安裝傾角之間的關(guān)系，安裝傾角取10°～20°。分析了輸送裝置與主切割器之間的位置關(guān)系，割刀和輸送裝置前端之間的水平距離一般不超過300mm。輸送裝置前端與割刀的垂直距離不超過125mm。給出了輸送帶的輸送速度為4m/s。在排禾口設(shè)置橫向撥動(dòng)裝置與縱向撥動(dòng)裝置，將排禾口處輸送帶上的油菜莖稈周期性的剝離輸送帶，保證鋪條形狀。
　　(3)研究了油菜割曬作業(yè)鋪放質(zhì)量影響因素。

8、篩選了適合于油菜割曬作業(yè)輸送鋪放質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，制定了油菜割曬作業(yè)輸送鋪放質(zhì)量要求:總損失率≤1.0％、鋪放角≤45°、角度差≤30°、根差≤150mm、割茬高度≤300mm。油菜割曬機(jī)是一種有許多輸入和輸出變量的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建了油菜割曬機(jī)輸送鋪放質(zhì)量數(shù)學(xué)模型并對(duì)輸送和鋪放相關(guān)因素進(jìn)行了描述。影響鋪放質(zhì)量的因素主要包括油菜的生物形態(tài)、割曬時(shí)油菜的成熟度、機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)與作業(yè)參數(shù)之間的關(guān)系。株高在1.3～1.7m，黃熟期的油菜割曬作業(yè)時(shí)

9、，保持機(jī)器前進(jìn)速度、輸送帶速度、撥禾輪轉(zhuǎn)速三者之間相互協(xié)調(diào)，排禾口高度滿足要求、橫向撥動(dòng)機(jī)構(gòu)作用節(jié)奏與輸送帶速度相互匹配就能滿足輸送鋪放質(zhì)量要求。
　　(4)研究了割曬作業(yè)過程中莖稈的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。采用平面剛體位移矩陣分析方法，得出了撥禾輪對(duì)油菜莖稈作用過程中油菜莖稈上任一點(diǎn)的軌跡方程，分析了油菜莖稈的受力和速度以及莖稈束壓縮寬度和壓縮波傳遞速度，推導(dǎo)了壓縮程度與生長密度、撥禾輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間以及壓縮波傳播速度與機(jī)器前進(jìn)速度之間的關(guān)系。

10、對(duì)排禾口橫向撥動(dòng)裝置扣縱向撥動(dòng)裝置對(duì)油菜莖稈作用過程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，給出了油菜莖稈在輸送帶上保持整齊不傾斜和輸送帶同步向排禾口輸送必須滿足的條件。采用田間莖稈染色法對(duì)莖稈輸送鋪放過程展開了研究。莖稈在輸送帶上呈分層狀態(tài)，輸送過程中會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)角，輸送帶上莖稈的穗幅差與條鋪中莖稈的穗幅差相關(guān)，在排禾口處油菜莖稈翻轉(zhuǎn)落地。研究了油菜割曬作業(yè)輸送滯后特性，給出了割曬機(jī)喂入量轉(zhuǎn)變?yōu)榕藕炭谇o稈輸出量的規(guī)律。
　　(5)以減小鋪放角、鋪

11、放角度差，降低割曬損失率為目標(biāo)，優(yōu)化設(shè)計(jì)油菜割曬機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。通過單因素試驗(yàn)對(duì)影響鋪放角、鋪放角度差、割曬損失率的因素進(jìn)行了分類，綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果確定影響輸送鋪放質(zhì)量的主要因素為輸送帶傾角、機(jī)器前進(jìn)速度、撥禾輪轉(zhuǎn)速、輸送帶速度。通過響應(yīng)曲面法，得出了輸送帶傾角、機(jī)器前進(jìn)速度、撥禾輪轉(zhuǎn)速、輸送帶速度對(duì)鋪放角、鋪放角度差、割曬損失率的回歸方程數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型進(jìn)行了顯著性檢驗(yàn)，確定了因素重要性順序，分析了單因素效應(yīng)和雙因素效應(yīng)對(duì)因素

12、影響規(guī)律。對(duì)回歸方程的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，確定了一組最優(yōu)的參數(shù)組合:輸送帶傾角15.53°、機(jī)器前進(jìn)速度0.65m/s、撥禾輪轉(zhuǎn)速15r/min、輸送帶速度3.96m/s。測定指標(biāo)的優(yōu)化值為:鋪放角26.33°、鋪放角度差22.825°、割曬損失率0.53％。對(duì)4SY-2.0型油菜割曬機(jī)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，測得鋪放角27.45°，鋪放角度差23.16°，割曬損失率0.61％。試驗(yàn)指標(biāo)值基本符合優(yōu)化試驗(yàn)給出的指標(biāo)值。對(duì)4SY-2.0型油菜割