隨著我國馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的推進(jìn),其種植規(guī)模越來越大,但收獲機(jī)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(jī)的挖掘鏟作為直接與土壤、塊莖及根系作用的關(guān)鍵部件,其設(shè)計缺乏精確、合理的理論支撐,仍然處于經(jīng)驗-半經(jīng)驗設(shè)計狀態(tài)。本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目“土壤-馬鈴薯塊莖-根系團(tuán)聚體動態(tài)破裂特性及其與挖掘鏟耦合作用機(jī)理研究（51505305）”和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項科研基金“基于野豬拱嘴的馬鈴薯仿生挖掘機(jī)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(xué)特性的差異,建立了土壤-塊莖-根系團(tuán)聚體離散元模型,運(yùn)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(tuán)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(jī)理及減阻節(jié)能途徑;在此基礎(chǔ)理論指導(dǎo)下,設(shè)計了基于野豬拱嘴結(jié)構(gòu)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(jī)及其他塊根系收獲機(jī)械的研制提供理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:（1）土壤-馬鈴薯塊莖-根系團(tuán)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(jié)薯... 

【文章來源】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：127 頁

【學(xué)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(qiáng)度進(jìn)行了靜力學(xué)分析，通過挖掘鏟的應(yīng)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(shè)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(yùn)動變形的部位主要集中在鏟尖上部，土壤在三個運(yùn)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(yīng)用ANSYS/LS-DYNA軟件建立挖掘鏟和土壤的數(shù)學(xué)模型，在設(shè)定土壤參數(shù)和部件參數(shù)的前提下進(jìn)行木薯挖掘運(yùn)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(yùn)動情況，為進(jìn)一步的理論研究和機(jī)構(gòu)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(jī)理做了進(jìn)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(xué)模型，如圖1-2所示，將SPH（光滑粒子流體動力學(xué)）算法與拉格朗日算法結(jié)合起來，通過ANSYS/LS-DYNA軟件進(jìn)行模擬仿真，應(yīng)用修正的摩爾-庫侖屈服準(zhǔn)則，分析挖掘鏟下土壤的變形過程、塊根的應(yīng)力分布和相互的作用機(jī)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(xué)問題已經(jīng)非常廣泛了，尤其適用于挖掘部件的靜力學(xué)分析和土壤的變形等方面，并且已經(jīng)取得了一定的研究成果。賈晶霞

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)博士論文11大中型拖拉機(jī)配套牽引馬鈴薯收獲機(jī)。典型代表有德國GRIMME公司生產(chǎn)的Varitron270-DoppelMS型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)，如圖1-5所示，這種收獲機(jī)集機(jī)電液一體化為基礎(chǔ)，主要進(jìn)行聯(lián)合收獲作業(yè)。圖1-4SE75-40型馬鈴薯收獲機(jī)圖1-5Varitron270-DoppelMS型馬鈴薯收獲機(jī)Fig.1-4SE75-40potatoharvesterFig.1-5Varitron270-DoppelMStypepotatoharvester國外的馬鈴薯收獲機(jī)以大型聯(lián)合收獲機(jī)為主，配套動力大，適合大面積收獲使用，雖然功能強(qiáng)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(jī)械的研制起步較晚，發(fā)展也相對緩慢，目前國內(nèi)機(jī)型以小型、配套動力小，結(jié)構(gòu)簡單、輕便為主，處于中小型懸掛收獲機(jī)的研制推廣階段（康璟，2014）。馬鈴薯收獲機(jī)械的研制大都根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計，沒有精確的理論和先進(jìn)的研究手段為基礎(chǔ)，因而在田間作業(yè)有時會存在適應(yīng)性差、機(jī)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(chǎn)量的連年增長，國內(nèi)馬鈴薯機(jī)械收獲作業(yè)的企業(yè)和高校加快了馬鈴薯挖掘機(jī)的研制，先后有東北農(nóng)業(yè)大學(xué)呂金慶教授研制的4U2A型收獲機(jī)、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊研制的4SW-60型收獲機(jī)、青島洪珠4U-83牽引型收獲機(jī)和中機(jī)美諾等企業(yè)研制的1700型收獲機(jī)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(jī)圖1-74SW-60馬鈴薯收獲機(jī)Fig.1-64U-83typepotatoharvesterFig.1-74SW-60typepotatoharvester為了獲得更好的收獲效果，近幾年國內(nèi)的相關(guān)學(xué)者除了研究馬鈴薯收獲機(jī)的整體結(jié)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3626931