【摘要】：擺動分離篩作為桿鏈—擺動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,對擺動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,對馬鈴薯相對分離篩的運(yùn)動過程、馬鈴薯碰撞損傷、馬鈴薯相對分離篩運(yùn)動特性、擺動分離篩薯土分離機(jī)理、分離篩參數(shù)優(yōu)化等方面進(jìn)行了研究,主要研究內(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)速和篩面傾角時馬鈴薯相對分離篩運(yùn)動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)建立了馬鈴薯相對分離篩運(yùn)動速度的數(shù)學(xué)模型,并依據(jù)模型解析了馬鈴薯相對分離篩的運(yùn)動過程,最后結(jié)合高速影像畫面對解析結(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,馬鈴薯相對分離篩具有3種不同的運(yùn)動過程:(1)正向滑動和反向滑動的連續(xù)運(yùn)動過程;(2)正向滑動、拋離篩面運(yùn)動、正向滑動和反向滑動的運(yùn)動過程;(3)正向滑動、拋離篩面運(yùn)動和反向滑動的運(yùn)動過程。3種運(yùn)動過程中馬鈴薯正向運(yùn)動距離均大于反向運(yùn)動距離,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.利用馬鈴薯碰撞測試裝置和碰撞加速度測試系統(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馬鈴薯的碰撞加速度,并對加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲得了馬鈴薯碰撞位移—時間曲線;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)測出馬鈴薯碰撞損傷深度,預(yù)測值與試驗(yàn)值之間的相對誤差在8.8%以內(nèi),說明馬鈴薯碰撞位移模型正確、有效;以馬鈴薯損傷深度為損傷評價指標(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)因素對碰撞損傷影響的原因;最后測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個因素對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),將篩面長度600mm～1000mm范圍內(nèi)的篩面作為無土篩面、篩面長度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象,利用TEMA(Motion Analysis based on the Track Eye)動態(tài)圖像處理軟件對田間試驗(yàn)中馬鈴薯相對分離篩的運(yùn)動影像進(jìn)行了處理,得到了無土和有土篩面上馬鈴薯相對分離篩的位移、速度和拋離高度等運(yùn)動學(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)行了對比分析。結(jié)果表明:有土篩面上馬鈴薯相對分離篩正反向位移的波動程度較無土篩面上馬鈴薯正反向位移的波動程度劇烈,馬鈴薯相對分離篩正反向位移的波動程度隨著土量的增多而增強(qiáng);馬鈴薯絕對運(yùn)動速度、相對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)時拍攝了不同曲柄轉(zhuǎn)速、篩面傾角和機(jī)器前進(jìn)速度時擺動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)域中的像素數(shù)量,將圖片中薯土混合物區(qū)域的像素數(shù)量除以分離篩面區(qū)域中的像素數(shù)量,獲得分離篩上薯土混合物覆蓋度;對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到了擺動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)合馬鈴薯相對分離篩運(yùn)動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)對分離篩性能產(chǎn)生影響的原因,指出曲柄轉(zhuǎn)速為180r/min時破皮率較高的原因是馬鈴薯相對分離篩正反向位移波動程度較高所致,同時得到了分離篩參數(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價指標(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評價指標(biāo)的影響規(guī)律,對影響擺動分離篩性能的結(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)速對明薯率和破皮率的影響極顯著,各因素對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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S225.71

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本文編號：2251890