【摘要】：擺動(dòng)分離篩作為桿鏈—擺動(dòng)篩組合式馬鈴薯挖掘機(jī)中薯土分離的核心部件,其工作性能直接決定著馬鈴薯挖掘機(jī)整機(jī)的工作性能,對(duì)擺動(dòng)分離篩薯土分離理論與試驗(yàn)進(jìn)行研究是提高桿鏈—擺動(dòng)篩組合式馬鈴薯挖掘機(jī)作業(yè)性能的關(guān)鍵。本文采用理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方式,對(duì)馬鈴薯相對(duì)分離篩的運(yùn)動(dòng)過(guò)程、馬鈴薯碰撞損傷、馬鈴薯相對(duì)分離篩運(yùn)動(dòng)特性、擺動(dòng)分離篩薯土分離機(jī)理、分離篩參數(shù)優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.利用高速攝像機(jī)和加速度傳感器同步采集了不同曲柄轉(zhuǎn)速和篩面傾角時(shí)馬鈴薯相對(duì)分離篩運(yùn)動(dòng)影像和分離篩加速度數(shù)據(jù),將分離篩加速度試驗(yàn)值與理論值對(duì)比得到二者之間的修正系數(shù),結(jié)合修正系數(shù)建立了馬鈴薯相對(duì)分離篩運(yùn)動(dòng)速度的數(shù)學(xué)模型,并依據(jù)模型解析了馬鈴薯相對(duì)分離篩的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,最后結(jié)合高速影像畫(huà)面對(duì)解析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,不同分離篩參數(shù)條件下,馬鈴薯相對(duì)分離篩具有3種不同的運(yùn)動(dòng)過(guò)程:(1)正向滑動(dòng)和反向滑動(dòng)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程;(2)正向滑動(dòng)、拋離篩面運(yùn)動(dòng)、正向滑動(dòng)和反向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程;(3)正向滑動(dòng)、拋離篩面運(yùn)動(dòng)和反向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。3種運(yùn)動(dòng)過(guò)程中馬鈴薯正向運(yùn)動(dòng)距離均大于反向運(yùn)動(dòng)距離,滿足向篩尾輸送馬鈴薯的要求。高速影像分析結(jié)果與理論解析結(jié)果吻合。2.利用馬鈴薯碰撞測(cè)試裝置和碰撞加速度測(cè)試系統(tǒng),采集了不同初始高度、馬鈴薯質(zhì)量、馬鈴薯內(nèi)部溫度和碰撞材料時(shí)馬鈴薯的碰撞加速度,并對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲得了馬鈴薯碰撞位移—時(shí)間曲線;結(jié)合馬鈴薯粘彈性特征,建立了馬鈴薯與桿條碰撞的動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)出馬鈴薯碰撞位移公式,由正弦曲線模型回歸得到了無(wú)阻尼系統(tǒng)固有角頻率、阻尼比等馬鈴薯碰撞位移模型參數(shù);利用馬鈴薯碰撞位移模型預(yù)測(cè)出馬鈴薯碰撞損傷深度,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值之間的相對(duì)誤差在8.8%以內(nèi),說(shuō)明馬鈴薯碰撞位移模型正確、有效;以馬鈴薯?yè)p傷深度為損傷評(píng)價(jià)指標(biāo),以馬鈴薯內(nèi)部溫度、初始高度、馬鈴薯質(zhì)量和碰撞材料為試驗(yàn)因素進(jìn)行正交試驗(yàn),分析了影響馬鈴薯碰撞損傷因素的主次順序,結(jié)合碰撞位移模型,分析了試驗(yàn)因素對(duì)碰撞損傷影響的原因;最后測(cè)試出了不同馬鈴薯質(zhì)量、馬鈴薯內(nèi)部溫度和碰撞材料時(shí)的馬鈴薯碰撞損傷臨界值。結(jié)果表明:影響馬鈴薯碰撞損傷因素的主次順序依次為初始高度、馬鈴薯質(zhì)量、馬鈴薯內(nèi)部溫度和碰撞材料,且4個(gè)因素對(duì)損傷深度的影響均為極顯著。3.結(jié)合薯土混合物分布特點(diǎn),將篩面長(zhǎng)度600mm～1000mm范圍內(nèi)的篩面作為無(wú)土篩面、篩面長(zhǎng)度100mm～600mm范圍內(nèi)的篩面作為有土篩面;以單顆馬鈴薯為研究對(duì)象,利用TEMA(Motion Analysis based on the Track Eye)動(dòng)態(tài)圖像處理軟件對(duì)田間試驗(yàn)中馬鈴薯相對(duì)分離篩的運(yùn)動(dòng)影像進(jìn)行了處理,得到了無(wú)土和有土篩面上馬鈴薯相對(duì)分離篩的位移、速度和拋離高度等運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)隨曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和機(jī)器前進(jìn)速度的變化規(guī)律,并與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明:有土篩面上馬鈴薯相對(duì)分離篩正反向位移的波動(dòng)程度較無(wú)土篩面上馬鈴薯正反向位移的波動(dòng)程度劇烈,馬鈴薯相對(duì)分離篩正反向位移的波動(dòng)程度隨著土量的增多而增強(qiáng);馬鈴薯絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、相對(duì)分離篩最大拋離高度的理論值和試驗(yàn)值均隨著曲柄轉(zhuǎn)速和篩面傾角的增大而增大,隨著機(jī)器前進(jìn)速度的增大而減小。4.利用高速攝像機(jī)和數(shù)碼相機(jī),在分離篩側(cè)面和分離篩上方實(shí)時(shí)拍攝了不同曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和機(jī)器前進(jìn)速度時(shí)擺動(dòng)分離篩上薯土混合物的分布狀況;依據(jù)高速影像獲得分離篩上薯土混合物的分布厚度,利用Potoshop軟件解譯圖片中薯土混合物區(qū)域和分離篩面區(qū)域中的像素?cái)?shù)量,將圖片中薯土混合物區(qū)域的像素?cái)?shù)量除以分離篩面區(qū)域中的像素?cái)?shù)量,獲得分離篩上薯土混合物覆蓋度;對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到了擺動(dòng)分離篩上薯土混合物分布厚度和覆蓋度隨分離篩參數(shù)的變化規(guī)律及相關(guān)性,結(jié)果顯示:曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和機(jī)器前進(jìn)速度與薯土混合物平均分布厚度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.846、-0.98、0.988,與薯土混合物覆蓋度平均值的相關(guān)系數(shù)分別為-0.993、-0.969、0.992;將明薯率和破皮率作為分離篩性能指標(biāo),得到了分離篩性能指標(biāo)隨分離篩參數(shù)的變化關(guān)系,結(jié)合馬鈴薯相對(duì)分離篩運(yùn)動(dòng)特性和薯土混合物分布厚度、覆蓋度的變化規(guī)律,剖析了分離篩參數(shù)對(duì)分離篩性能產(chǎn)生影響的原因,指出曲柄轉(zhuǎn)速為180r/min時(shí)破皮率較高的原因是馬鈴薯相對(duì)分離篩正反向位移波動(dòng)程度較高所致,同時(shí)得到了分離篩參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)中各因素的取值范圍分別為:曲柄轉(zhuǎn)速為180r/min～230r/min,篩面傾角為7.7 °～21.1 °,機(jī)器前進(jìn)速度為1.69km/h～2.3 7km/h。5.以曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和機(jī)器前進(jìn)速度為試驗(yàn)因素,以明薯率和破皮率為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn),建立了各指標(biāo)與因素間的回歸數(shù)學(xué)模型,并分析出顯著因素及因素間的交互作用對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響規(guī)律,對(duì)影響擺動(dòng)分離篩性能的結(jié)構(gòu)與工作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明:篩面傾角與機(jī)器前進(jìn)速度的交互作用、曲柄轉(zhuǎn)速對(duì)明薯率和破皮率的影響極顯著,各因素對(duì)明薯率和破皮率影響的主次順序均為:曲柄轉(zhuǎn)速篩面傾角機(jī)器前進(jìn)速度;擺動(dòng)分離篩結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)的最優(yōu)組合為:曲柄轉(zhuǎn)速230r/min,篩面傾角21.1°,機(jī)器前進(jìn)速度2.03km/h,優(yōu)化后明薯率和破皮率分別為98.94%和0.21%,明薯率較優(yōu)化前提高1.68%,破皮率較優(yōu)化前降低9.6%,優(yōu)化參數(shù)組合在粘土壟作水澆地和砂壤土壟作水澆地也具有較好的適用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S225.71

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本文編號(hào)：2251890