發(fā)布時間：2022-02-15 16:12

　　隨著我國馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的推進,其種植規(guī)模越來越大,但收獲機械化水平相對較低,并且存在牽引阻力大、傷薯率高等問題。馬鈴薯收獲機的挖掘鏟作為直接與土壤、塊莖及根系作用的關鍵部件,其設計缺乏精確、合理的理論支撐,仍然處于經驗-半經驗設計狀態(tài)。本文結合國家自然科學基金項目“土壤-馬鈴薯塊莖-根系團聚體動態(tài)破裂特性及其與挖掘鏟耦合作用機理研究（51505305）”和高等學校博士學科點專項科研基金“基于野豬拱嘴的馬鈴薯仿生挖掘機理研究（20132103120016）”開展研究,綜合考慮了馬鈴薯塊莖、根系周邊土壤不同區(qū)域形態(tài)及力學特性的差異,建立了土壤-塊莖-根系團聚體離散元模型,運用數(shù)值模擬分析方法,研究了馬鈴薯收獲過程中土壤-塊莖-根系團聚體的動態(tài)破裂特性及其與挖掘鏟的耦合作用,探討了馬鈴薯挖掘機理及減阻節(jié)能途徑;在此基礎理論指導下,設計了基于野豬拱嘴結構特征的仿生挖掘鏟,并通過仿真及田間試驗驗證了其具有較好的減阻效果,為高性能馬鈴薯收獲機及其他塊根系收獲機械的研制提供理論基礎。主要研究內容如下:（1）土壤-馬鈴薯塊莖-根系團聚體參數(shù)的測量。以早熟品種早大白為研究實例,實地測量了馬鈴薯植株結薯... 

【文章來源】：沈陽農業(yè)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

土壤在挖掘鏟作用下的變形情況

第一章緒論8分析，研究了切削條件對切削阻力的影響（Abo-ElnorM，2004）。賈靜霞采用ANSYS軟件對平面鏟和凹面鏟的強度進行了靜力學分析，通過挖掘鏟的應力分布云圖，分析得出性能較優(yōu)的挖掘鏟，從而為挖掘鏟的設計提供了重要的理論依據(jù)（賈靜霞，2006）。賈晶霞利用有限元法建立了挖掘鏟與土壤相互作用幾何模型，研究了馬鈴薯挖掘過程的土壤與挖掘鏟的相互作用規(guī)律，給出了土壤在挖掘鏟作用下的變形情況，如圖1-1所示。從圖中可以看出土壤運動變形的部位主要集中在鏟尖上部，土壤在三個運動方向上都有一定的能耗，其中多余能耗集中在豎直方向上（賈晶霞，2011）。圖1-1土壤在挖掘鏟作用下的變形情況Fig.1-1Soildistortionundertheshareaction蔣志國應用ANSYS/LS-DYNA軟件建立挖掘鏟和土壤的數(shù)學模型，在設定土壤參數(shù)和部件參數(shù)的前提下進行木薯挖掘運動仿真分析，在后處理軟件中將挖掘鏟的速度、加速度和位移曲線輸出，能夠比較直觀的觀察挖掘鏟在入土之后的運動情況，為進一步的理論研究和機構優(yōu)化提供了可靠依據(jù)（蔣志國，2010）。楊望從微觀的角度對木薯的挖掘機理做了進一步研究。他創(chuàng)建了挖掘鏟-莖稈-塊根-土壤系統(tǒng)的數(shù)學模型，如圖1-2所示，將SPH（光滑粒子流體動力學）算法與拉格朗日算法結合起來，通過ANSYS/LS-DYNA軟件進行模擬仿真，應用修正的摩爾-庫侖屈服準則，分析挖掘鏟下土壤的變形過程、塊根的應力分布和相互的作用機理（楊望，2013）。圖1-2木薯塊根挖掘作業(yè)耦合計算模型Fig.1-2Couplingcalculationmodelofcassavarootexcavation上述研究表明，利用有限元分析法研究土壤力學問題已經非常廣泛了，尤其適用于挖掘部件的靜力學分析和土壤的變形等方面，并且已經取得了一定的研究成果。賈晶霞

沈陽農業(yè)大學博士論文11大中型拖拉機配套牽引馬鈴薯收獲機。典型代表有德國GRIMME公司生產的Varitron270-DoppelMS型馬鈴薯聯(lián)合收獲機，如圖1-5所示，這種收獲機集機電液一體化為基礎，主要進行聯(lián)合收獲作業(yè)。圖1-4SE75-40型馬鈴薯收獲機圖1-5Varitron270-DoppelMS型馬鈴薯收獲機Fig.1-4SE75-40potatoharvesterFig.1-5Varitron270-DoppelMStypepotatoharvester國外的馬鈴薯收獲機以大型聯(lián)合收獲機為主，配套動力大，適合大面積收獲使用，雖然功能強大，但是消耗的能源較高，不太適用于我國山地區(qū)域、種植田面積孝坡度大的中小型地塊，因此不符合我國的實際國情。我國對馬鈴薯收獲機械的研制起步較晚，發(fā)展也相對緩慢，目前國內機型以小型、配套動力小，結構簡單、輕便為主，處于中小型懸掛收獲機的研制推廣階段（康璟，2014）。馬鈴薯收獲機械的研制大都根據(jù)經驗設計，沒有精確的理論和先進的研究手段為基礎，因而在田間作業(yè)有時會存在適應性差、機前易壅土、土壤分離效果差、明薯率低、傷薯率高等問題（郭世魯，2016）。針對以上的問題，再加上馬鈴薯種植規(guī)模和產量的連年增長，國內馬鈴薯機械收獲作業(yè)的企業(yè)和高校加快了馬鈴薯挖掘機的研制，先后有東北農業(yè)大學呂金慶教授研制的4U2A型收獲機、甘肅農業(yè)大學團隊研制的4SW-60型收獲機、青島洪珠4U-83牽引型收獲機和中機美諾等企業(yè)研制的1700型收獲機投入使用（敬志臣，2018），如圖1-6、1-7所示。圖1-64U-83牽引馬鈴薯收獲機圖1-74SW-60馬鈴薯收獲機Fig.1-64U-83typepotatoharvesterFig.1-74SW-60typepotatoharvester為了獲得更好的收獲效果，近幾年國內的相關學者除了研究馬鈴薯收獲機的整體結

【參考文獻】：
期刊論文
[1]馬鈴薯收獲機械化技術研究進展[J]. 楊紅光,胡志超,王冰,彭寶良,王公仆.  中國農機化學報. 2019(11)
[2]基于離散元法的振動篩的篩分效率研究[J]. 劉義倫,蘇家輝,趙先瓊,陳輝,劉馳,劉思琪,伍天翔.  東北師大學報(自然科學版). 2018(04)
[3]馬鈴薯二階凸面挖掘鏟的設計與研究[J]. 郭新峰,馮靜安,王衛(wèi)兵,郭世魯.  江蘇農業(yè)科學. 2018(22)
[4]收獲期馬鈴薯莖秧切割強度的試驗研究[J]. 李曉軍,孫偉,張濤,劉小龍,張華.  中國農業(yè)大學學報. 2018(11)
[5]馬鈴薯仿生挖掘鏟片及其減阻特性研究[J]. 李曉鵬,廖敏,胡奔,潘群林,陶金京.  農機化研究. 2019(06)
[6]深松鏟不同翼鏟安裝高度時土壤擾動行為仿真與試驗[J]. 王學振,岳斌,高喜杰,鄭智旗,朱瑞祥,黃玉祥.  農業(yè)機械學報. 2018(10)
[7]三七種苗物料特性研究及離散元法參數(shù)標定[J]. 賴慶輝,袁海闊,胡子武,曹秀龍,蘇微.  揚州大學學報(農業(yè)與生命科學版). 2018(02)
[8]馬鈴薯仿生挖掘鏟減阻性能研究[J]. 石林榕,趙武云,孫偉,孫步功,張華.  干旱地區(qū)農業(yè)研究. 2018(03)
[9]馬鈴薯產業(yè)發(fā)展面臨的新形勢[J]. 李云會.  農民致富之友. 2018(07)
[10]基于離散元的微型馬鈴薯仿真參數(shù)標定[J]. 劉文政,何進,李洪文,李學強,鄭侃,魏忠彩.  農業(yè)機械學報. 2018(05)

博士論文
[1]六頭螺旋秸稈還田耕整機關鍵部件設計與試驗[D]. 張春嶺.華中農業(yè)大學 2019
[2]深松旋耕作業(yè)次序可調式聯(lián)合作業(yè)機研究[D]. 鄭侃.中國農業(yè)大學 2018
[3]清選裝置中小麥顆粒和短莖稈離散元建模研究[D]. 劉凡一.西北農林科技大學 2018
[4]基于離散元方法的深松鏟參數(shù)優(yōu)化及松土綜合效應研究[D]. 劉俊安.中國農業(yè)大學 2018
[5]果園開溝施肥機開溝刀片理論與試驗研究[D]. 康建明.中國農業(yè)機械化科學研究院 2017
[6]馬鈴薯秧莖切割收集關鍵部件設計與試驗研究[D]. 初旭宏.中國農業(yè)大學 2017
[7]自激式振動深松機設計及試驗研究[D]. 馬星.沈陽農業(yè)大學 2016
[8]擺動分離篩薯土分離過程中馬鈴薯運動特性研究[D]. 蒙建國.內蒙古農業(yè)大學 2016
[9]基于離散元法的秸稈—土壤—旋耕刀相互作用機理研究[D]. 方會敏.南京農業(yè)大學 2016
[10]基于離散元法的深松鏟減阻及耕作效果研究[D]. 李博.西北農林科技大學 2016

碩士論文
[1]馬鈴薯收獲與地膜回收一體機的設計與試驗[D]. 史文婷.山東農業(yè)大學 2018
[2]基于離散元方法的橋上碎石道床動力穩(wěn)定性研究[D]. 劉淦中.西南交通大學 2018
[3]基于EDEM的寶塔菜收獲機的設計及仿真分析[D]. 吳俊.寧夏大學 2018
[4]基于離散元法的振動壓實過程仿真及其試驗研究[D]. 王慧強.長安大學 2018
[5]馬鈴薯耦合仿生挖掘及其減阻研究[D]. 李曉鵬.西華大學 2018
[6]基于多球充填的玉米籽粒群體建模方法研究[D]. 王曉梅.吉林大學 2017
[7]基于離散元的馬鈴薯撿拾裝置試驗研究[D]. 王萬虎.西北農林科技大學 2017
[8]基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下管道力學響應分析[D]. 李杭杭.西南石油大學 2017
[9]垂直于切削方向的振動挖掘及其減阻研究[D]. 李金龍.西華大學 2017
[10]基于離散元法的免耕播種開溝器的設計與試驗[D]. 曹秀振.東北農業(yè)大學 2016



本文編號：3626931