基于离散元的马铃薯捡拾装置试验研究

摘要

马铃薯是我国四大粮食作物之一，粮菜兼用，种植区域广泛，种植面积逐渐提高。但是我国马铃薯生产收获机械化水平不高，主要还处在机械挖掘、人工捡拾的分段收获阶段，收获环节劳动强度大、作业成本高严重制约了马铃薯产业发展。本文通过前期调研，依据马铃薯挖掘机作业后马铃薯地表分布状况，设计了一种主动转盘式马铃薯捡拾装置，并研制了捡拾机构试验台在数字化土槽开展了探索性试验。运用离散元分析软件进行仿真试验，得出马铃薯捡拾装置最优结构参数，为马铃薯捡拾机的开发提供理论依据。
　　主要研究内容及结论:
　　(1)马铃薯捡拾装置整体方案设计根据马铃薯挖掘后地表分布状况，结合生产实际，通过多方案比较，最终确定马铃薯捡拾装置的整体方案。
　　(2)关键部件设计及计算对捡拾装置进行结构设计和尺寸设计，对捡拾铲的尺寸进行标定;确定采用圆盘式捡拾方式，在转盘外圈加装8个中段折弯的弹齿铲，每个捡拾铲的铲长为300mm，捡拾的宽度范围在600mm;确定了该机器的限深调节装置为两个对顶丝杠，在作业之前通过调节丝杠来控制捡拾铲的入土深度。对捡拾装置各关键部件进行力学分析计算，完成强度校核。确定了整机各级传动比。
　　(3)三维建模及虚拟装配运用Pro/E软件对各个零件进行三维造型，并完成了整机的虚拟装配，结果显示结构合理，装配无干涉;
　　(4)土槽试验研制了马铃薯捡拾机构试验台，在数字化土槽上进行探索试验，结果表明，主动转盘式捡拾装置能够实现马铃薯捡拾，捡拾效果受捡拾铲铲型、机具前进速度与转盘转速的速度比影响较大，且在转速25r/min，前进速度在0.35m/s时捡拾率最高。
　　(5)仿真试验参数标定运用万能试验机对马铃薯进行力学性能测试，得到马铃薯的弹性模量和泊松比;进行马铃薯摩擦损伤试验确定马铃薯与钢的最大静摩擦力，确定摩擦系数;查阅相关资料对土壤模型和边界模型进行参数确定。
　　(6)离散元仿真分析利用离散元分析软件EDEM对捡拾装置进行捡拾率的仿真，得到影响捡拾率的主次因素为转速、前进速度、盘径;利用Design-Expert软件对仿真数据进行方差分析，绘制出各因素交互作用三维图，更直观的观察各因素对捡拾率的影响;利用EDEM绘制出马铃薯捡拾过程中的受力图，平均受力在200-400N之间，此受力范围未达到马铃薯跌了碰撞的破坏极限，确定仅靠马铃薯与机械碰撞不会使马铃薯产生损伤。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 国内外技术研究现状

1．2．1 国外技术研究现状

1．2．2 国内技术研究现状

1．2．3 存在问题

1．3 马铃薯减损研究

1．4 研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．5 技术路线

第二章 马铃薯捡拾装置总体方案设计

2．1 设计依据及设计要求

2．1．1 设计依据

2．1．2 设计要求

2．2 马铃薯捡拾装置总体方案的确定

2．2．1 捡拾装置方案

2．3 马铃薯捡拾装置工作原理

2．4 传动方案设计

2．5 本章小结

第三章 关键部件设计

3．1 捡拾铲设计

3．1．1 设计要求

3．1．2 捡拾深度的确定

3．1．3 捡拾铲铲型的设计

3．1．4 捡拾圆盘的设计

3．1．5 捡拾铲入土角度确定

3．1．5 捡拾铲铲宽的确定

3．1．6 捡拾铲材料的选择

3．2 变速箱齿轮参数设计

3．3 导薯装置设计

3．4 马铃薯捡拾铲捡拾深度调节机构设计

3．5 本章小结

第四章 捡拾装置土槽试验

4．1 试验装置制作

4．2 试验目的

4．3 试验条件及设备

4．3．1 试验场地

4．3．2 试验仪器及设备

4．4 试验方案设计及试验

4．4．1 试验评价指标

4．4．2 试验方案确定

4．5 土槽试验及结果分析

4．6 本章小结

第五章 捡拾装置的离散元分析

5．1 虚拟装配

5．2 离散元方法概述

5．2．1 颗粒形状

5．2．2 接触模型

5．3 仿真对象参数的确定

5．3．1 土壤参数的确定

5．3．2 马铃薯参数的确定

5．3．3 捡拾装置物理参数确定

5．4 仿真模型的建立

5．4．1 边界模型的建立

5．4．2 土壤模型建立

5．4．3 马铃薯模型建立

5．5 捡拾装置离散元分析

5．5．1 模型建立

5．5．2 仿真试验设计

5．5．3 捡拾装置离散元分析结果

5．6 参数分析

5．6．1 极差分析

5．6．2 方差分析

5．6．3 回归方程的确定

5．6．4 各参数问交互作用的影响

5．7 马铃薯受力分析

5．8 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

作者简介