关键词:
履带自走式底盘
生姜收获装置
整机动力学仿真
液压系统
田间试验
摘要:
生姜是药食两用经济作物,具有很高的营养价值和保健价值,中国是世界生姜生产大国,栽培面积和总产量分别约占世界的1/2和2/3以上。近年来,随着国家对生姜产业的扶持力度不断加强,其市场需求量也不断攀升,但我国生姜的生产仍以人工为主,特别是在生姜收获环节仍需使用大量人力完成,效率低、成本高、劳动强度大,严重制约了生姜产业化的发展。收获作为生姜生产的关键环节,直接影响生姜的质量和种植效益,因此研发一款高效且适用的自走式生姜收获机对于生姜生产和产业提质增效至关重要。
针对以上问题,以山东省种植农艺与收获要求为基础,研发了一款集振动挖掘、秧苗输送、秧果分离等功能于一体的自走式生姜联合收获机,收获行走和振动挖掘系统采用液压驱动,具有良好的适应性和稳定性,并且通过仿真分析和田间试验验证了该样机的可行性,主要工作内容和结论如下:
(1)设计履带自走式生姜收获装置。该生姜收获装置由振动挖掘系统、夹持输送装置、清土装置、秧苗处理装置、生姜收集机构组成。振动挖掘系统保证铲刃入土角度保持不变;清土装置保证姜块清土效果最佳;夹持输送装置保证切割的高度一致等。
(2)建立履带底盘动力学模型并进行结构设计。通过调研生姜收获作业环境以及生姜姜秧的生长情况确定底盘的性能要求,设计“龙门”机架结构与履带底盘配合装配,增加底盘高度,避免姜茎叶的缠绕,提高生姜收获率,建立生姜收获机履带底盘动力学模型对各典型工况进行理论计算分析,横坡行驶最大角度为21°;纵坡上坡最大角度为17°,纵坡下坡最大角度为13°;可跨越壕沟极限宽度值为1100 mm。
(3)生姜收获机整机动力学模型仿真验证。对收获机整机进行行驶状态仿真分析,在RecurDyn软件中搭建生姜收获机整机模型,分析该机械在作业过程中的基本工况,例如:直线行驶、原地转向、切边转向、横坡行驶、纵坡上坡、纵坡下坡及跨越壕沟等是否可以保持稳定行驶。结果表明该机械直线行驶性能稳定;转向性能良好;横坡行驶最大角度为20°;纵坡上坡最大角度为16°,下坡为11.5°;可通过宽度为1010 mm的壕沟。
(4)建立生姜收获机液压系统模型并仿真验证。设计生姜收获机液压系统,通过理论计算确定发动机、液压泵、液压马达及振动马达参数,并在AMEsim软件中搭建整机液压系统模型,验证该液压系统能否满足生姜收获作业时的需求,结果显示液压系统运行稳定性,可满足生姜收获机运行行驶工况要求。
(5)生姜收获机试制与田间试验。根据设计结果对履带自走式生姜收获机进行样机制造和田间试验,在田间进行不同工况的作业,对该生姜收获机作直线行驶、原地转向、切边转向、横坡行驶、纵坡上坡、纵坡下坡、跨越壕沟及田间收获试验,与动力学计算结果、仿真结果对比分析相差不大,验证了模型的正确性同时表明该生姜收获机行驶稳定性较好,收获效率较高。