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我国花生秧蔓产量巨大,据统计年产量已达3545万吨,但目前市面上的花生收获机械都只能完成花生果的收获,不能同时对花生秧蔓进行有效收集处理,花生秧蔓存在严重的浪费现象,本文针对花生秧蔓掺杂残膜泥土等杂质、配套成型方式研究较少以及配套机械少的问题,研究了基于秧果兼收型花生联合收获秧蔓输送收集成型装置,确定了花生秧蔓最佳成型方式,研制出了一套三垄六行花生秧蔓输送收集成型打捆装置,为秧果兼收型花生联合收获秧蔓处理机械的研制提供理论依据。
(1)适收期花生秧蔓成型方式的确定。通过对适收期内花生秧蔓的物理特性、力学特性以及含水率进行研究,通过试验分析确定了合理的花生植株夹持位置,保证花生秧蔓与植株分离时不夹带残膜及泥土等杂质,同时结合花生秧蔓装箱(装袋)、打圆捆、打方捆三种不同成型方式优缺点进行分析,最终确定适收期内花生秧蔓最佳成型方式为打方捆;研究了秧蔓在压缩过程压缩阻力与秧蔓弹性恢复力和喂入量之间的关系以及秧蔓成型后在抛洒过程中以及与地面碰撞过程中紧实度的研究,通过分析得到弹性恢复力越大,作用在活塞上的阻力越大,压缩阻力也越大;反之,弹性恢复力越小,压缩阻力越小,并且随着时间的增加,花生秧蔓弹性恢复力松弛的越多,附加阻力越小;随喂入量的增加,应力松弛时间有减小的趋势,压缩阻力也随着喂入量的增加减小;成型方捆的紧实度可以通过两个方面来提高:一是增加打结机构对成型方捆进行捆扎处理,二是适当降低方捆抛洒高度;
(2)秧蔓输送收集成型装置的研制与分析。针对方捆成型方式研制出一套三垄六行花生秧蔓输送收集成型打捆装置,装置共包括两部分,第一部分秧蔓输送归集切割装置主要解决花生秧蔓含杂的问题,保证花生秧蔓在喂入秧蔓打捆装置时不夹带残膜及泥土,通过优化链杆夹持输送归集装置以及双圆盘刀切割装置保证花生秧蔓不夹带残膜泥土等杂质,最终设计的圆盘刀材质为钨系高速钢W18CR4V,直径为250mm,边缘为锯齿形,最佳切割转速范围350-450r/min;第二部分秧蔓方捆成型处理装置,主要对适收期内花生秧蔓进行成型处理,最终得到喂入装置方案以及相关尺寸参数:选用偏心式拨杆伸缩喂入装置,滚筒半径为125mm,偏心距为50mm,拨杆长度185mm,拨杆回转轴位于第三象限并且连接支架与竖直方向夹角大小为20°;压缩成型装置方案以及相关尺寸参数:选用偏置式凸轮滑块压缩成型机构,偏心距160mm,凸轮半径325mm,曲柄连杆760mm,压缩行程600mm,压缩速度80-90r/min,横截面积300×450mm;并且对核心部件采用Adams以及Ansys软件进行三维仿真和模态、静力学分析,确保各部分设计的合理性;
(3)对秧蔓输送收集成型打捆装置进行试验研究与分析。分析喂入量、切割速度以及凸轮转速三因素对成捆率的影响,利用Design-Expert软件对装置进行试验设计及分析并对试验结果进行了回归分析和响应面分析,最终获得最优参数组合:当喂入量为0.61kg/s,切割速度为389.25r/min,凸轮转速为82.04r/min时,成捆率为99.41%,并且对理论分析结果进行试验验证,得到的试验结果优于行业标准。
(1)适收期花生秧蔓成型方式的确定。通过对适收期内花生秧蔓的物理特性、力学特性以及含水率进行研究,通过试验分析确定了合理的花生植株夹持位置,保证花生秧蔓与植株分离时不夹带残膜及泥土等杂质,同时结合花生秧蔓装箱(装袋)、打圆捆、打方捆三种不同成型方式优缺点进行分析,最终确定适收期内花生秧蔓最佳成型方式为打方捆;研究了秧蔓在压缩过程压缩阻力与秧蔓弹性恢复力和喂入量之间的关系以及秧蔓成型后在抛洒过程中以及与地面碰撞过程中紧实度的研究,通过分析得到弹性恢复力越大,作用在活塞上的阻力越大,压缩阻力也越大;反之,弹性恢复力越小,压缩阻力越小,并且随着时间的增加,花生秧蔓弹性恢复力松弛的越多,附加阻力越小;随喂入量的增加,应力松弛时间有减小的趋势,压缩阻力也随着喂入量的增加减小;成型方捆的紧实度可以通过两个方面来提高:一是增加打结机构对成型方捆进行捆扎处理,二是适当降低方捆抛洒高度;
(2)秧蔓输送收集成型装置的研制与分析。针对方捆成型方式研制出一套三垄六行花生秧蔓输送收集成型打捆装置,装置共包括两部分,第一部分秧蔓输送归集切割装置主要解决花生秧蔓含杂的问题,保证花生秧蔓在喂入秧蔓打捆装置时不夹带残膜及泥土,通过优化链杆夹持输送归集装置以及双圆盘刀切割装置保证花生秧蔓不夹带残膜泥土等杂质,最终设计的圆盘刀材质为钨系高速钢W18CR4V,直径为250mm,边缘为锯齿形,最佳切割转速范围350-450r/min;第二部分秧蔓方捆成型处理装置,主要对适收期内花生秧蔓进行成型处理,最终得到喂入装置方案以及相关尺寸参数:选用偏心式拨杆伸缩喂入装置,滚筒半径为125mm,偏心距为50mm,拨杆长度185mm,拨杆回转轴位于第三象限并且连接支架与竖直方向夹角大小为20°;压缩成型装置方案以及相关尺寸参数:选用偏置式凸轮滑块压缩成型机构,偏心距160mm,凸轮半径325mm,曲柄连杆760mm,压缩行程600mm,压缩速度80-90r/min,横截面积300×450mm;并且对核心部件采用Adams以及Ansys软件进行三维仿真和模态、静力学分析,确保各部分设计的合理性;
(3)对秧蔓输送收集成型打捆装置进行试验研究与分析。分析喂入量、切割速度以及凸轮转速三因素对成捆率的影响,利用Design-Expert软件对装置进行试验设计及分析并对试验结果进行了回归分析和响应面分析,最终获得最优参数组合:当喂入量为0.61kg/s,切割速度为389.25r/min,凸轮转速为82.04r/min时,成捆率为99.41%,并且对理论分析结果进行试验验证,得到的试验结果优于行业标准。