油菜聯(lián)合收獲機分體組合式割臺與定向輸送裝置研制.pdf

1、油菜是僅次于大豆的第二大油料作物，中國是世界油菜種植大國，其產(chǎn)量占世界總量的1/3。機械化聯(lián)合收獲是解決人工收獲油菜效率低、勞動強度大、成本高等實際問題，提高生產(chǎn)效率的重要途徑之一。為提高油菜聯(lián)合收獲機的適應(yīng)性，結(jié)合適收期油菜種植密度與植株個體差異等生物學(xué)特性，研制了一種4LYZ-1.8型油菜聯(lián)合收獲機。該機主要由分體組合式割臺、定向輸送裝置、縱軸流脫粒分離裝置、旋風(fēng)分離清選系統(tǒng)與液壓驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和行走系統(tǒng)等組成。本文分析確定了4

2、LYZ-1.8型油菜聯(lián)合收獲機的工藝方案和工作過程及其技術(shù)參數(shù);針對聯(lián)合收獲機收獲油菜時因油菜莖稈高粗和存在纏繞堵塞的現(xiàn)象，提出了具有莖稈切割、輸送、復(fù)切功能的分體組合式割臺及其復(fù)切輸送器間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu);針對現(xiàn)有聯(lián)合收獲機上鏈耙式輸送器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸送路程長等實際問題，設(shè)計了定向輸送裝置與縱軸流脫粒分離裝置集成為一體，并開展了整機功能試驗和田間性能測試。具體研究內(nèi)容包括:
　　(1)開展適收期油菜植株生物學(xué)特性測試與分析。包括適

3、收期油菜種植密度、行距和株距等參數(shù)分布特征的測試，得出適收期油菜植株高度、單株質(zhì)量、最低分枝離地高度、底莢高度、植株重心位置、主莖稈直徑、最大角果層直徑和油菜與接觸材料的摩擦系數(shù)等機械物理特性。根據(jù)適收期油菜田間分布特征和機械物理特性分析確定了4LYZ-1.8型油菜聯(lián)合收獲機的工藝方案、工作過程及其技術(shù)參數(shù);并以此確定了整機結(jié)構(gòu)布局與功率分配。
　　(2)研制具有切割、輸送、復(fù)切、間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)等功能的分體組合式割臺。確定了復(fù)切輸

4、送器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，建立了莖稈復(fù)切過程的力學(xué)模型，依據(jù)最大剪應(yīng)力理論確定切刀的安裝傾角為12.8°，得出直線型切刀刃口長度為118-200mm，漸開線型切刀基圓半徑應(yīng)小于133.65mm;構(gòu)建了輸送、復(fù)切能力與切刀數(shù)量、幾何參數(shù)和安裝傾角等因素的函數(shù)關(guān)系，確定相鄰兩切刀的間距為100mm，同一螺距內(nèi)切刀數(shù)量為4;為進一步提高現(xiàn)有聯(lián)合收獲機對油菜喂入量的適應(yīng)性，設(shè)計了一種復(fù)切輸送器間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)，可實現(xiàn)喂入量變化實時自動調(diào)節(jié)輸送器與底板

5、的間隙，運動學(xué)與動力學(xué)分析表明調(diào)節(jié)機構(gòu)預(yù)緊彈簧最大預(yù)緊力和調(diào)節(jié)位移的最優(yōu)參數(shù)分別為366N和50mm。同時設(shè)計了導(dǎo)向頂蓋、升降液壓缸、割臺臺面長度及撥禾輪等其他部件與參數(shù)。
　　(3)開展分體組合式割臺性能試驗與仿真分析。通過以復(fù)切輸送器轉(zhuǎn)速、喂入量和切刀類型為試驗因素的正交試驗，確定復(fù)切性能最優(yōu)水平為:復(fù)切輸送器轉(zhuǎn)速200r/min、喂入量2kg/s且選用漸開線型切刀;構(gòu)建了未切斷率、長度變異系數(shù)、莖稈長度和綜合評分4個試驗指標

6、與漸開線切刀基圓半徑和安裝傾角之間的數(shù)學(xué)模型;同時利用高速攝像系統(tǒng)實時在線觀察了莖稈復(fù)切過程和莖稈的遷移軌跡。開展間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)性能試驗，結(jié)果表明當自適應(yīng)間隙調(diào)節(jié)機構(gòu)的彈簧預(yù)緊力和剛度系數(shù)分別為293N和12.65N/mm時，輸送器扭矩為8.267N m，降低了40.7％，調(diào)節(jié)位移為10.2mm，調(diào)節(jié)機構(gòu)性能較優(yōu);自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)對輸送器性能影響試驗結(jié)果表明:增設(shè)間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)可明顯降低扭矩并增加最大喂入量;喂入量波動時，試驗組最

7、大扭矩小于對照組?；贏NSYS-ADAMS的油菜遷移過程柔性仿真分析確定撥禾輪的優(yōu)化參數(shù)組合為:前進速度1.2m/s、撥禾輪轉(zhuǎn)速30r/min和安裝高度1200mm。
　　(4)設(shè)計研究一種定向輸送裝置并開展了結(jié)構(gòu)改進與試驗。為實現(xiàn)油菜莖稈由割臺至縱軸流脫粒分離裝置的定向有序過渡輸送，設(shè)計了一種可實現(xiàn)油菜莖稈輸送的定向輸送裝置，依據(jù)運動學(xué)和動力學(xué)理論分析確定了定向輸裝置的結(jié)構(gòu)與工作過程及其參數(shù);以物料通過率為試驗指標開展定向輸送

8、裝置的性能試驗，結(jié)果表明定向輸送裝置可將割臺上的油菜順利輸送至脫粒裝置。在此基礎(chǔ)上以流暢、定向有序為設(shè)計原則開展了定向輸送裝置的改進設(shè)計，將其與縱軸流脫粒分離裝置集成于一體，脫粒滾筒軸線與輸送輪軸呈“T”字形垂直分布，獨立旋轉(zhuǎn)互不干涉，簡化了結(jié)構(gòu);性能試驗表明改進型定向輸送裝置與脫粒裝置配合可完成對物料的定向輸送、脫粒、分離等環(huán)節(jié)。
　　(5)系統(tǒng)的開展油菜聯(lián)合收獲機功能性試驗和田間適應(yīng)性試驗。依據(jù)設(shè)計目標分別開展了分體組合式割臺

9、性能試驗、液壓驅(qū)動系統(tǒng)空載功率測試和田間功能性試驗。聯(lián)合收獲機復(fù)切性能試驗結(jié)果表明復(fù)切輸送器轉(zhuǎn)速和喂入量分別在200-400r/min和05-1.5kg/s范圍內(nèi)，油菜莖稈被復(fù)切為短莖稈，有利于后續(xù)減少脫離功耗，避免堵塞。液壓驅(qū)動系統(tǒng)空載試驗表明，不同工況下液壓回路功耗在6.8-8.7kW范圍變化，波動幅度較小，液壓驅(qū)動系統(tǒng)性能較為穩(wěn)定。田間性能試驗表明，分體組合式割臺將油菜在離地350mm處切斷，割茬穩(wěn)定;復(fù)切輸送器將高粗的油菜莖稈切

10、割為平均長度小于364mm的短莖稈;間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)機構(gòu)可依據(jù)喂入量的波動實時自動調(diào)節(jié)輸送器與底板之間的間隙，提高輸送能力，避免輸送器堵塞;定向輸送裝置可及時將油菜由割臺定向輸送至縱軸流脫粒裝置并完成脫粒分離環(huán)節(jié)不發(fā)生堵塞。收獲機結(jié)構(gòu)布局和參數(shù)匹配合理，田間通過性和穩(wěn)定性良好，可滿足油菜聯(lián)合收獲作業(yè)。
　　論文創(chuàng)新點:
　　(1)設(shè)計了一種集成切割、輸送、復(fù)切、間隙自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的分體組合式割臺，具有復(fù)切功能且可實時自動調(diào)節(jié)輸