【类型】学位论文
【题名】龙门式电驱动油菜薹收获机设计与试验
【作者】 李运通
【关键词】 田间试验 夹抛辊 龙门式底盘 油菜薹收获 回转割刀
【学位授予单位】华中农业大学
【摘要】油菜菜用是指将薹期油菜鲜嫩茎叶作为蔬菜食用的油菜多功能利用模式,是增加油菜种植效益的新发展途径。本研究针对油菜薹机械化收获装备匮乏的问题,结合油菜薹的物理特性、田间工况与多茬收获的少碾压要求,设计一种集油菜薹对行切割、夹抛、输送、收集、跨厢面遥控自走功能于一体的龙门式电驱动油菜薹收获机,开展立式回转割台的设计和参数匹配,进行龙门式履带底盘的设计和结构优化,并进行田间验证试验机具作业性能。本研究主要开展了以下工作:（1）测试分析了油菜薹的田间工况与物理特性。在系统分析国内外茎叶类蔬菜机械化收获技术与装备的基础上,以适收期油菜薹为研究对象,测试了油菜薹基本尺寸、分枝数、重心高度等表型特征,通过剪切、弯曲、压缩等力学试验,标定了油菜薹茎秆抗剪强度、抗弯强度、径向抗压强度等力学特征参数。植株外观表型测试结果表明:油菜薹收获长度约为142～253mm,植株重心在植株高度的约1/4位置;油菜薹力学性能测试结果表明:适收期油菜薹植株茎秆脆嫩、易损伤,茎秆力学强度随测试位置的升高而减小,植株茎秆平均抗剪强度为2.07MPa、平均抗弯强度为10.38MPa、平均径向抗压强度为1.05MPa。（2）开展了油菜薹收获机的总体设计。基于油菜薹田间工况和物理特性,确定了油菜薹收获机的主要结构、工作过程和主要技术参数,可以调节收获机收获高度、行距、割幅等参数适应不同油菜薹收获情景;确定了收获机的工作过程和作业参数,收获机的作业速度为0.1～0.8 m·s-1,理论作业效率为6.1亩·h-1;分析了收获机的通过性能,得到收获机纵向上行、下行坡道极限倾翻角为32°和40°,收获机前进与后退能够跨越的最大高度差分别为125mm和132mm,前进与后退时能够跨越的畦沟最大宽度为705mm和406mm,能够满足田间作业和转运需要。（3）开展了立式回转割台设计及其参数匹配试验。通过对比分析现有收获机割刀、拨禾装置的主要形式,结合油菜薹收获要求,提出了一种由2组圆盘割刀和夹抛辊组成的立式回转割台装置,设计齿轮传动系统实现圆盘割刀和夹抛辊的相向差速转动;结合割台工作过程力学、运动学分析,确定了割刀、夹抛辊的形式、尺寸和基本运动学要求,确定割刀形式为外径为140mm的砍削型圆盘刀,夹抛辊形式为外侧安装有4条20mm厚20mm宽的35°（HB）海绵条的外径为60mm的尼龙辊,两组割刀、夹抛辊间距为100mm;通过圆盘割刀切割过程的力学分析和试验得到,所设计的割台在剪切油菜薹茎秆过程中不会发生茎秆滑移;由割刀运动轨迹分析可知,为避免割刀漏割,圆盘割刀转动速度应大于122.3r·min-1;通过油菜薹夹抛过程动力学与运动学分析可知,油菜薹被夹抛辊抛送后的最终位置与油菜薹收获部分重心高度、割刀转速、夹抛辊转速、输送带安装位置和角度等相关;设计、搭建了油菜薹收获试验台架,定义切割效果、输送效果为评价指标开展台架试验,分析得到在割刀转速为233.6r·min-1、夹抛辊转速为120.3r·min-1、喂入速度（机具前进速度）为0.56m·s-1时综合收获效果最佳,切割效果为95.43%,输送效果为94.81%。（4）开展了龙门式履带底盘和收获装置框架的设计与结构优化。进行了底盘履带总成主要功能部件和驱动电机的设计选型与底盘机架的结构设计;利用ANSYS静力学分析模块,完成了龙门式底盘机架爬坡和转向工况下的静力学校核,结果表明该机架能够满足工作需要;并通过ANSYS拓扑优化模块,对收获装置框架进行了结构优化,在框架质量增加32.8%的情况下,收获作业工况下的最大变形和最大应力分别下降27.6%和47.7%,单边履带制动转向工况下的最大变形和最大应力分别下降72.5%和53.7%。（5）完成了油菜薹收获机通过性能试验和田间收获试验。收获机通过性能试验表明:收获机在路面、田间工况下行走系统性能稳定,能够满足田间转运和收获作业需要;结合田间收获试验效果,进行了2次收获机样机改进,优化了收获机输送带位置、圆盘割刀结构、割台传动系统等关键部件的结构和参数;以定义的切割效果、输送效果作为评价指标开展田间收获试验,验证了所研制油菜薹收获机的田间作业性能;田间试验结果表明,该收获机收获效率可达到6.1亩·h-1,收获机的茎秆切断比为97.6%,切口平整度为93.1%,残留枝杈完整度为94.35%,夹抛输送成功率为96.7%,油菜薹茎秆完整度为93.5%,油菜薹叶片完整度为96.4%,综合后切割效果为95.6%,综合后输送效果为95.2%。
【学位年度】2022
【分类号】S225
【导师姓名】廖宜涛
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