花生聯(lián)合收獲機(jī)三夾持帶柔性夾持技術(shù)研究

花生聯(lián)合收獲機(jī)三夾持帶柔性夾持技術(shù)研究

云農(nóng)號(hào)花生聯(lián)合收獲機(jī)栽培基質(zhì)運(yùn)輸裝置是將花種固定在收獲后運(yùn)輸?shù)绞斋@機(jī)構(gòu)的裝置。目前,生產(chǎn)實(shí)際中使用較多的是夾持鏈夾持輸送方式,其中較為典型的是臺(tái)灣大地菱公司云農(nóng)號(hào)花生聯(lián)合收獲機(jī)采用的夾持鏈夾持輸送裝置。田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),云農(nóng)號(hào)花生聯(lián)合收獲機(jī)田間埋果率(掉果損失)偏高,無法達(dá)到生產(chǎn)需求。經(jīng)分析,主要原因是夾持收獲瞬間造成沖擊掉果。為了減少損失,就必須降低夾持收獲造成的掉果率。本文設(shè)計(jì)三夾持帶夾持拔取裝置。1三臂夾上安裝設(shè)計(jì)1.1花生植株拉伸試驗(yàn)三夾持帶夾持拔取技術(shù)采用具有緩沖的夾持收獲裝置,降低在夾持拔取花生植株的瞬間給花生果柄接點(diǎn)造成的沖擊力,從而降低機(jī)械掉果損失。三夾持帶夾持裝置的三夾持帶布置如圖1所示。在雙夾持帶之間設(shè)有單夾持帶,單夾持帶上由彈簧張緊裝置調(diào)節(jié)張緊力。通過單夾持帶和雙夾持帶的重疊區(qū)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)有力的夾持,彌補(bǔ)了平膠帶夾持力不足的缺點(diǎn)。單夾持帶和雙夾持帶的重疊區(qū)域控制在0～5mm,并且可以根據(jù)花生品種的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)。工作時(shí),該夾持裝置與地面傾斜一定角度,為了增加花生植株的喂入效果,前面增加了撥禾鏈齒強(qiáng)制喂入裝置。為了檢驗(yàn)夾持帶緩沖效果,用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)花生植株進(jìn)行了夾持拉伸對(duì)比試驗(yàn)。圖2a為試驗(yàn)夾持裝置,Ⅰ為帶夾持,Ⅱ?yàn)閯傂詩A持。試驗(yàn)時(shí)在花生植株根部附加30N拉力前提下向上加速運(yùn)動(dòng),當(dāng)夾持裝置從靜止加速到1.5m/s時(shí),瞬間給予花生植株拉力。圖2b為試驗(yàn)結(jié)果,可以看出剛性夾持給予花生植株的最大瞬間沖擊力約為38N,柔性夾持約為32N。此外,剛性夾持緩沖長度約為0.02mm,柔性夾持緩沖長度約為0.065mm。因此,當(dāng)花生夾持收獲時(shí),帶夾持可大大降低沖擊強(qiáng)度,從而為最易斷裂的花生果柄拉伸提供了加速時(shí)間,相對(duì)于剛性夾持可大大降低機(jī)械掉果率。1.2參數(shù)設(shè)計(jì)(1)角段帶的選擇根據(jù)試驗(yàn)觀察,三夾持帶中起夾持作用的主要是中間單夾持帶,上、下雙夾持帶為輔助定位作用。由于上、下夾持帶在夾持中工作點(diǎn)僅為對(duì)角點(diǎn),因此帶的型號(hào)對(duì)工作性能沒有太大影響,這里采用2根C型三角膠帶(圖1)。單夾持帶的作用較為明顯,寬度影響到與花生植株摩擦力的大小,因此需要在B、C、D、E型三角帶中選擇一種較好的帶型。(2)拉伸帶距及帶型與帶速關(guān)系指單夾持帶與雙夾持帶在垂直方向上的距離,分為3種情況:①負(fù)值,單、雙夾持帶在水平方向上有一定距離。②單、雙夾持帶在同一垂直平面上。③正值,單、雙夾持帶有重疊區(qū)域。帶型、帶距是影響夾持效果的主要因素,分別對(duì)B、C、D、E型三角帶在不同帶距下進(jìn)行拉伸,即在一定帶距、帶型下對(duì)花生植株進(jìn)行拉伸,確定發(fā)生滑移的最小臨界力。B、C、D、E型三角帶最小夾持臨界力隨帶距b變化回歸方程分別為FB=83.93exp(0.3095b)(R2=0.8518)FC=110.97exp(0.2566b)(R2=0.8773)FD=133.91exp(0.245b)(R2=0.9065)FE=161.4exp(0.2209b)(R2=0.9025)通過田間試驗(yàn)查明,在土壤挖掘后花生植株向上提升所需的最大拉力小于60N。為了安全,最小限值為75N。可以看出,在帶距大于零時(shí),B、C、D、E型帶均能滿足大于75N的要求。但B型帶帶距過大,因此不采用B型帶。為進(jìn)一步確定最佳的工作參數(shù),通過夾持輸送裝置性能試驗(yàn)確定帶距、帶型及帶速與性能指標(biāo)的關(guān)系。試驗(yàn)因素與水平如表1所示。1.2.1影響因素的顯著性喂入率指單位時(shí)間內(nèi)花生植株能夠被夾持的比率。由試驗(yàn)可知,3個(gè)因素對(duì)喂入率的影響程度是不同的,在95%的置信度下,帶型、帶距二因素具有高度的顯著性,帶速表現(xiàn)顯著。影響喂入率指標(biāo)的三因素主次排列順序?yàn)閎、a、c,較優(yōu)組合為b1a4c4,即帶距為-2mm、帶型為E型三角帶,帶速為2.0m/s。1.2.2滑移酶的出現(xiàn)花生植株在被喂入夾持過程中,根系往往夾帶土壤等雜質(zhì),在夾持過程中因自重會(huì)出現(xiàn)滑移掉株現(xiàn)象。由試驗(yàn)可知,在95%置信度下,帶型、帶距二因素具有較高的顯著性,帶速表現(xiàn)不顯著,影響掉株率指標(biāo)的三因素主次排列順序?yàn)閎、a、c,較優(yōu)組合為b4a1c1,即帶距為5mm、帶型為B型三角帶,帶速為1.3m/s。1.2.3最佳配比的確定對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析得:影響綜合指標(biāo)的主次因素排列順序?yàn)閎、a、c,最佳水平組合為b3a3c2,即帶型為D型三角帶,帶距為2mm,帶速為1.5mm/s。2田間作業(yè)效率測(cè)試通過田間性能試驗(yàn),測(cè)定三夾持帶夾持裝置與傳統(tǒng)夾持鏈夾持裝置的作業(yè)質(zhì)量性能指標(biāo)。在相同條件下對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果,綜合分析兩種裝置的拉斷落果率、夾持喂入率、夾斷率、去土率、掉株率、掉果率等性能指標(biāo)。在田間試驗(yàn)中,選擇條件比較一致的試驗(yàn)田,盡量避免土壤成分、硬度、含水率等因素對(duì)試驗(yàn)的影響。測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與部分計(jì)算方法均采用農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《花生收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量》(NY/T502—2002)。隨著作業(yè)效率(生產(chǎn)率)逐步提高,三夾持帶夾持輸送挖拔組合式花生聯(lián)合收獲機(jī)和傳統(tǒng)夾持鏈?zhǔn)皆妻r(nóng)號(hào)花生聯(lián)合收獲機(jī)兩機(jī)交錯(cuò)進(jìn)行田間對(duì)比作業(yè)。作業(yè)效率均達(dá)到農(nóng)業(yè)部行業(yè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。兩機(jī)前后作業(yè)效率基本相同。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。3試驗(yàn)結(jié)果及分析3.1傳統(tǒng)夾持鏈拉斷落果率與作業(yè)效率拉斷落果率是花生植株被夾持裝置夾持后向上提升過程中,由于花生果瞬間受到向上提升力,慣性造成花生果柄接點(diǎn)斷裂產(chǎn)生的損失。三夾持帶夾持式拉斷落果率隨作業(yè)效率變化的回歸方程為y1=750.49x2-160.44x+8.7969(R2=0.9735)傳統(tǒng)夾持鏈拉斷落果率隨作業(yè)效率變化的回歸方程為y1=0.0006e53.578x(R2=0.9747)通過對(duì)比可知,當(dāng)作業(yè)效率低于0.1380hm2/h時(shí),拉斷落果率基本相同;當(dāng)作業(yè)效率高于0.1380hm2/h時(shí),拉斷落果率都顯著提高,但夾持鏈夾斷率增加更加顯著,如圖3所示。3.2傳統(tǒng)夾持鏈夾持效率實(shí)驗(yàn)夾持喂入率是指花生植株在挖掘后進(jìn)入夾持裝置喂入?yún)^(qū)能夠被夾持裝置夾持的比率。三夾持帶夾持喂入率隨作業(yè)效率變化的回歸方程為y2=-36843.2x3+6713.591x2+67.665(R2=0.9370)傳統(tǒng)夾持鏈夾持喂入率隨作業(yè)效率變化的回歸方程為y2=-4582.564x2+1090.843x+35.375(R2=0.9620)通過對(duì)比可知,當(dāng)作業(yè)效率較低時(shí)拉斷落果率相差不大;隨著作業(yè)效率的提高,三夾持帶夾持喂入率顯著低于傳統(tǒng)夾持鏈喂入率,如圖4所示。3.3被夾斷的比例夾斷率是花生植株進(jìn)入夾持裝置后,提升或輸送過程中花生植株被夾斷的比率。從試驗(yàn)結(jié)果看出,三夾持帶夾持沒有出現(xiàn)夾斷現(xiàn)象,而夾持鏈出現(xiàn)夾斷現(xiàn)象,且隨著作業(yè)效率的提高夾斷率明顯提高。3.4不同作業(yè)效率下三夾持鏈去土率去土率是花生植株被夾持輸送過程中能夠去土的比率。三夾持帶夾持去土率隨作業(yè)效率變化的回歸方程為y4=-11244.4x2+2406.617x-42.442(R2=0.9360)夾持鏈去土率隨作業(yè)效率變化的回歸方程為y4=-18562.1x2+4192.795x-153.235(R2=0.9680)通過對(duì)比可以看出三夾持帶夾持去土效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)夾持鏈去土效果。特別是隨著作業(yè)效率的提高,三夾持帶夾持的去土效果更加突出,如圖5所示。3.5植株比率的變化掉株率是花生植株被夾持裝置夾持提升與輸送過程中掉下的植株比率。通過試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,兩者基本相同,在試驗(yàn)過程偶爾出現(xiàn)掉株的情況是由夾持位置在植株末梢造成的。3.6作業(yè)效率對(duì)夾持鏈?zhǔn)侥贸雎实挠绊懙艄适菉A持和輸送過程中因夾持裝置和花生植株振動(dòng)而造成的果柄斷裂現(xiàn)象。三夾持帶夾持掉果率隨作業(yè)效率的變化回歸方程為y6=792709x7.5858(R2=0.9192)夾持鏈?zhǔn)降艄孰S作業(yè)效率的變化回歸方程為y6=4×10-5e67.858x(R2=0.9420)通過對(duì)比可以看出,任何作業(yè)效率下夾持鏈掉果率均高于三夾持帶夾持掉果率。特別是隨著作業(yè)效率的提高,夾持鏈夾持的掉果率急劇上升,如圖6所示。4夾持帶夾持裝置傳統(tǒng)夾持鏈夾持裝置剛性夾持工作安全、穩(wěn)定。隨著作業(yè)