青稞作為我國青藏高原地區(qū)廣泛種植的特色作物,不僅是高原牧民的主要食用口糧,其秸稈也是高原畜牧產業(yè)中理想的優(yōu)質飼料來源,因此種植面積逐年擴大。由于青稞作物本身的生長特性,種植區(qū)域大多分為高原大地塊和丘陵山地,其中丘陵山地種植地塊面積較小且分散,嚴重降低了機械化作業(yè)程度。由于青稞芒稈較長且存在倒刺,牛羊等牲畜在食用過程中往往出現(xiàn)扎口、傷胃的現(xiàn)象,同時對青稞秸稈的處理大部分地區(qū)依舊采用人工收集、運輸,增加了勞動成本與經濟成本,而傳統(tǒng)稻麥聯(lián)合收獲機械在進行青稞收獲作業(yè)時無法解決上述問題。因此,本文設計了一種青稞聯(lián)合收獲打捆一體機,實現(xiàn)了青稞收割、脫粒、碎芒、清選及秸稈打捆一體化作業(yè)。本文主要在以下幾個方面進行了較為深入的研究:(1)以現(xiàn)有履帶式聯(lián)合收割機為基礎,提出了青稞聯(lián)合收獲打捆一體機的總體設計與結構布置方案,設計與之配套的碎芒脫粒裝置與秸稈打捆裝置,并對整機動力分配進行了合理設計。(2)對傳統(tǒng)脫粒滾筒進行改進設計,優(yōu)化關鍵部件參數(shù),通過螺栓連接將兩根旋向相反的碎芒板條分別安裝在凹板第一板條和第二板條處,同時選擇釘齒焊合與紋桿焊合交錯排列組合方式,既保證脫凈率,更增加了滾筒對作物的沖擊、搓擦作用,有效提高碎芒率的同時,對青稞芒桿內表面的倒刺也有一定的去除作用。對各脫粒元件、凹板的結構尺寸參數(shù)進行了分析計算,進一步提高樣機田間綜合作業(yè)效率與作業(yè)質量。(3)通過對打捆裝置關鍵部件進行選型設計,確定了打捆裝置整體配置方式與動力分配,通過研究草捆長度控制原理設計了打結器離合裝置,確定了喂入機構撥叉長度、活塞往復頻率、等關鍵參數(shù)。(4)結合有限元法利用ABAQUS軟件中對碎芒脫粒滾筒進行模態(tài)分析,參考所得模態(tài)振型對脫粒元件排列與參數(shù)設置進行進一步優(yōu)化,分析得到結構薄弱部位并進行改進以提高工作可靠性。運用ADAMS對打捆裝置喂入機構進行運動仿真,檢查上、側撥叉工作時的軌跡干涉情況,驗證結構設計的參數(shù)合理性,以保證喂入機構平穩(wěn)順利工作。(5)田間試驗結果表明:當作業(yè)速度保持在6.0 km/h時,青稞聯(lián)合收獲打捆一體機各項作業(yè)指標中:籽粒脫凈率為86.49%,平均損失率為1.69%,平均破碎率為0.11%,平均含雜率為6.27%;所得青稞秸稈中含芒率為5.84%,所含芒桿平均長度不足17 mm,整機碎芒率為92.4%。青稞聯(lián)合收獲打捆一體機的成捆率達到98.3%,草捆合格率達到94.7%,草捆抗摔率達到90%,整機作業(yè)效率達到0.4 hm~2/h,平均草捆截面尺寸達到0.8 m×0.6 m,平均草捆密度達到124 kg/m~3,純工作小時生產率達到3860 h。各項指標均優(yōu)于相關標準要求,其中秸稈芒桿處理性能明顯優(yōu)于對比機型,芒桿內表面倒刺清除效果明顯。
【學位單位】：甘肅農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：S225
【部分圖文】：

全國青

青稞聯(lián)合收獲打捆一體機設計與試驗3（a）青稞芒桿（b）傳統(tǒng)秸稈收集圖1-2青稞芒桿及秸稈收集現(xiàn)狀Fig1-2Highlandbarleyawnandstatusofthetraditionalcollectionofstraw近年來，隨著全國青稞種植面積不斷擴大，如2018年青海一省種植面積就達4.87×104hm2，全國種植面積超過2.67×105hm2[11]。2015年全國平均產量268.5公斤，其中藏區(qū)392萬畝，總產量107萬噸，平均產量273.8公斤。因此青稞收獲和秸稈收集運輸機械化程度的高低直接影響青稞生產效率和產業(yè)發(fā)展。而谷物聯(lián)合收獲技術在青稞實際收獲作業(yè)中的應用，對青稞機械化收獲程度與高原地區(qū)地區(qū)農牧業(yè)發(fā)展具有巨大的推動作用。部分青稞種植地區(qū)采用傳統(tǒng)稻麥聯(lián)合收割機機械化收獲，該方式能夠一次性完成青稞的收獲、脫粒、清選作業(yè)。然而傳統(tǒng)稻麥聯(lián)合收割機或背負式聯(lián)合收割機工作方式均為將穗頭與秸稈一次性喂入脫粒清選裝置，而脫粒滾筒設計要求大多只圍繞籽粒脫凈率與損傷率，對芒桿及其內表面倒刺均無有效處理，導致所收青稞脫粒后其秸稈中殘留了大量青稞芒稈，機具根本無法實現(xiàn)芒、草分離，造成脫粒夾帶損失嚴重，所得秸稈由于含芒量較大的原因，不適宜直接作為牛羊等牲畜的食用飼料。采用分段式收獲是目前西藏地區(qū)較為推行的收獲方式，但該方式需要及時將割下物料進行脫粒，由于青稞的適宜收獲時期為青稞蠟熟末期，即每年秋季8、9月份，此時高原地區(qū)正處于每年降雨較為集中的時期，若不及時收集脫粒并加以晾曬，造成青稞籽粒霉變和發(fā)芽的風險大大增加[12]。在另一方面，傳統(tǒng)聯(lián)合收割機具無法完成秸稈收集和草捆打包等作業(yè)，若采用傳統(tǒng)自走式打捆機或牽引式打捆機機械化收集青稞秸稈，需要首先把作物秸稈通過撿拾結構收集地面秸稈，然后輸送至打捆機構內完成秸稈打捆。該方式需要經過作物收割?

爾（JohnDeer）作為全球農機巨頭，長期以來在一直保持世界最先進的聯(lián)合收獲機研發(fā)實力，旗下產品包括S系列、C系列、W系列等谷物聯(lián)合收獲機。目前該公司主要致力開發(fā)其高性能S系列聯(lián)合收割機，該系列機型配備EvenMax清選系統(tǒng)，通過配備大面積的清選篩和自主設計的多層篩排列，大大增強了清選系統(tǒng)的的篩選能力，由此實現(xiàn)了高性能清選系統(tǒng)，同時單板齒轉子分離系統(tǒng)提供了增強了整機對不同農作物的處理性能，通過更換不同割臺保證了小麥、水稻、玉米、大豆等農作物的谷物收割質量，實現(xiàn)了一機多用。約翰迪爾S系列代表產品S660CH（圖1-3）的滾筒類型為軸流式，最大功率可達273kW，糧倉容積達到10600L，具有優(yōu)越的谷物聯(lián)合收獲性能并配以衛(wèi)GPS衛(wèi)星定位接收系統(tǒng)，能夠繪制作物產量圖、水分圖、等高圖等，實現(xiàn)了精確農業(yè)生產模式[15]。圖1-3約翰迪爾S660CH谷物聯(lián)合收獲機Fig.1-3TheJohnDeereS660CHgrainjointharvester久保田（Kubota）是日本最大的農業(yè)機械制造商，其產品主要服務領域為水稻種植-田間管理-收獲全程機械化作業(yè)，其中久保田4LZ-2.5（Pro688Q）履帶式聯(lián)合收割機（圖1-4）市場占有率高，雖然該機主要收獲作物為水稻及小麥，由于履帶行走系統(tǒng)優(yōu)越的通過性，能夠保證在山區(qū)坡地等區(qū)域的行走平穩(wěn)性，同時較高的離地間隙也避免了履帶積泥，基于上述特性，該機在甘肅省甘南藏族自治州、青海省等眾多青稞種植區(qū)域也廣泛使用該機來完成青稞的聯(lián)合收獲作業(yè)。該機配備了縱向軸流式脫粒系統(tǒng)，采用了大直徑長脫粒滾筒，確保了高效、精確的收獲和脫粒作業(yè)，設計了可調節(jié)式導流板，能夠根據不同作物在脫粒滾筒內的運動特性調整合適的導流板角度，實現(xiàn)了良好的脫粒效果，該機標定功率為49.2kW，作業(yè)幅寬為2000mm，作業(yè)效率達到了0.2~0.53hm2/h[16]。
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本文編號：2884560