中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 年 根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘裝置設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) 許淵 張鋒偉 李保良 張方圓 劉禹辰 宋學(xué)鋒 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 蘭州市 摘要 針對根莖類中藥材收獲機(jī)采用固定式挖掘鏟收獲時(shí) 存在挖掘深度不足 入土阻力大 功率損耗嚴(yán)重 碎土效果差 鏟尖磨損較大等問題 采用理論計(jì)算與數(shù)值仿真的方法 對振動(dòng)式挖掘裝置的挖掘鏟參數(shù) 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 鏟面運(yùn)動(dòng)特性和工 作效果進(jìn)行研究 結(jié)果表明 該裝置采用鋸齒形平面三角鏟 鏟刃張角 入土角為 工作深度 鏟 面長度為 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)類型為四連桿機(jī)構(gòu) 工作時(shí)做平面運(yùn)動(dòng) 其水平方向運(yùn)動(dòng)類似于余弦函數(shù)曲線 垂直方向?yàn)檎?弦函數(shù)曲線 速度與加速度變化類似 挖掘鏟在水平方向和垂直方向的運(yùn)動(dòng)曲線平滑順暢 運(yùn)動(dòng)類型與理論推導(dǎo)值吻合 為簡諧運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)過程無干涉現(xiàn)象 速度與加速度變化均符合運(yùn)動(dòng)規(guī)律 當(dāng)挖掘裝置的前進(jìn)速度為 入土角為 轉(zhuǎn)速為 時(shí) 該裝置的挖掘阻力最小 采用振動(dòng)式挖掘裝置對中藥材進(jìn)行收獲時(shí) 可有效減小挖掘阻力 具 有良好的碎土分離效果 整體運(yùn)行平穩(wěn) 工作可靠 各項(xiàng)性能均滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求 關(guān)鍵詞 中藥材 振動(dòng)式挖掘裝置 模擬仿真 四連桿機(jī)構(gòu) 簡諧運(yùn)動(dòng) 中圖分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 文章編號 許淵 張鋒偉 李保良 張方圓 劉禹辰 宋學(xué)鋒 根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘裝置設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 收稿日期 年 月 日 修回日期 年 月 日 基金項(xiàng)目 甘肅省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 第一作者 許淵 男 年生 甘肅慶陽人 博士研究生 研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械裝備 通訊作者 張鋒偉 男 年生 甘肅定西人 教授 博導(dǎo) 研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備 引言 中藥材的成分天然健康 藥理作用溫和 在慢性疾 病的防控和滋補(bǔ)保健方面具有明顯的療效 在醫(yī)學(xué)領(lǐng) 域中占有重要地位 隨著中藥材的藥用價(jià)值不斷被 證實(shí) 國內(nèi)外對中藥材產(chǎn)品的需求日益增加 促使中藥 材產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展 根據(jù)市場統(tǒng)計(jì) 年甘肅省中藥 材種植面積超過 年產(chǎn)量超過 成為我國中藥材的主要種植區(qū) 隨著中藥材種植面積 不斷增大 對中草藥收獲機(jī)械的性能要求也進(jìn)一步 提高 由于大部分中藥材的根系發(fā)達(dá) 分布于土壤深層 為了保證藥材根莖的完整性 挖掘裝置的挖掘深度須 大于藥材最大根深 同時(shí)在挖掘過程中會(huì)產(chǎn)生大量的 莖土混合物以及雜草根莖 故要求挖掘鏟不僅具有較 大的挖掘深度和良好的入土性能 同時(shí)還需具有一定 破碎分離功能 避免大量土垡造成擁堵現(xiàn)象 中草藥的產(chǎn)地主要在中國 國外關(guān)于藥材收獲機(jī) 械相對較少 挖掘裝置采用振動(dòng)方式的收獲機(jī)械主要 針對胡蘿卜 馬鈴薯 花生等淺根莖類作物 主要研究 有日本 等研發(fā)設(shè)計(jì)的振動(dòng)式馬鈴薯收獲機(jī) 韓 國高山機(jī)械公司研制生產(chǎn)的小型單行和雙行馬鈴薯 地瓜收獲機(jī) 該類收獲機(jī)械采用振動(dòng)式鏵犁進(jìn)行深松 挖掘 結(jié)果表明該類機(jī)械進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí) 挖掘阻力明 顯降低 在功率損耗和刀具磨損方面具有一定的改善 作用 但由于馬鈴薯與中藥材的種植模式和生長特性 不同 該類機(jī)械無法適用于中藥材的收獲 國內(nèi)關(guān) 于振動(dòng)式中藥材收獲機(jī)的研究主要有黑龍江省水利科 學(xué)研究院研發(fā)設(shè)計(jì)的 型根莖類中藥材振動(dòng) 挖掘機(jī) 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)與甘肅省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站聯(lián)合 制造 型藥材收獲機(jī) 該類機(jī)械采用曲柄搖 桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)挖掘鏟進(jìn)行挖掘收獲 深度適應(yīng)性好 入 土阻力小但破碎分離能力差 在挖掘過程中會(huì)出現(xiàn)大 量的土垡 易造成擁堵現(xiàn)象 不滿足中藥材的收 獲要求 因此 針對根莖類中藥材在收獲過程中出現(xiàn)的問 第 卷 第 期 年 月 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 第 期 許淵 等 根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘裝置設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) 題以及充分考慮根莖類中藥材的生長環(huán)境和生理特 性 本研究擬設(shè)計(jì)一種振動(dòng)式挖掘裝置 在保證藥材 根莖完整的基礎(chǔ)上 以期減少挖掘阻力 降低能耗 提高碎 土 效 果 為中藥材的機(jī)械化收獲提供參考 技術(shù) 整體結(jié)構(gòu)與工作原理 整體結(jié)構(gòu) 挖掘裝置結(jié)構(gòu)如圖 所示 主要由挖掘鏟 牽引 架 減速器 偏心輪 機(jī)架 挖掘鏟支撐架和擺桿等部件 組成 圖 挖掘裝置結(jié)構(gòu)示意圖 擺桿 機(jī)架 偏心輪 減速器 皮帶輪 牽引架 挖掘鏟支撐架 挖掘鏟 工作原理 該挖掘裝置安裝在整機(jī)的最前端 通過牽引架與 拖拉機(jī)鉸接 挖掘鏟與挖掘鏟支撐架剛性連接 擺桿 分別與挖掘鏟支撐架和機(jī)架鉸接 在減速器輸出軸 上安裝有皮帶輪 并在皮帶輪上安裝偏心輪 偏心輪 與挖掘鏟支撐架鉸接 當(dāng)整機(jī)開始運(yùn)動(dòng)時(shí) 拖拉機(jī) 動(dòng)力輸出軸輸出的動(dòng)力經(jīng)減速器 帶動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng) 皮帶輪上的偏心輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng) 在偏心輪的帶動(dòng)下 挖 掘鏟做平面運(yùn)動(dòng) 隨著拖拉機(jī)的前進(jìn) 挖掘鏟對土壤 進(jìn)行切割挖掘 挖掘鏟的設(shè)計(jì) 挖掘鏟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 挖掘鏟從運(yùn)動(dòng)形式上可分為固定式挖掘鏟和振動(dòng) 式挖掘鏟 從形狀上可分為柵條挖掘鏟和平面三角挖 掘鏟 一般柵條形挖掘鏟為振動(dòng)式 平面三角形為固定 式 振動(dòng)式柵條挖掘鏟具有良好的破碎分離效果 能有 效防止擁堵現(xiàn)象 但入土能力較差 挖掘深度達(dá)不到藥 材根莖的最大長度 在工作時(shí) 容易出現(xiàn)挖斷現(xiàn)象 固 定式三角挖掘鏟入土能力較好 挖掘深度大于藥材最 大根長 但破碎分離能力較差 鏟面易堆積莖土混合 物 容易造成擁堵現(xiàn)象 耗費(fèi)功率 本研究根據(jù) 根莖類中藥材的生長特性和收獲要求 結(jié)合不同形式 挖掘鏟的特點(diǎn) 設(shè)計(jì)一種振動(dòng)式平面鋸齒形挖掘鏟 如 圖 所示 圖 鋸齒形挖掘鏟結(jié)構(gòu)示意圖 鏟刃 鏟體 形導(dǎo)桿 該挖掘鏟由鏟刃 鏟體和尾部 形導(dǎo)桿組成 其 鏟刃呈鋸齒形 由多個(gè)小型三角鏟排列固定在鏟體上 組成 在鏟體后端等間距分布 形導(dǎo)桿 工作時(shí) 整 個(gè)挖掘裝置由四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 呈振動(dòng)式運(yùn)動(dòng) 可減少挖 掘阻力 在壓力下能更深的切入土壤 且增大了與土壤 的接觸面積 進(jìn)一步提高碎土能力 掘出的大量莖土混 合物通過鏟面的振動(dòng) 在 形導(dǎo)桿的作用下 土壤掉 落地 面 藥材根莖被輸送到分離裝置中 實(shí) 現(xiàn) 初 次 分離 挖掘鏟主要參數(shù)的確定 鏟刃張角 鏟刃張角為挖掘鏟鏟刃的夾角 在 收獲藥材時(shí) 為了避免雜草根莖的纏繞造成擁堵 在收 獲過程中采用滑切的方式進(jìn)行切割收獲 挖掘鏟在切 削過程中鏟上任意一點(diǎn) 的受力示意圖如圖 所示 其中 為鏟刃所受挖掘阻力阻力 為鏟刃與莖土 混合物的摩擦力 為莖土混合物對鏟刃壓力 為 挖掘鏟上任意一點(diǎn) 圖 挖掘鏟鏟刃受力分析 采用滑切方式切割挖掘時(shí) 必須滿足 由圖 可得 式中 莖 土 混 合 物 與 鏟 面 的 摩 擦 角 取 值 為 化簡可得 試驗(yàn)表明 若鏟刃夾角的過大則不能切斷雜草根 莖 使挖掘鏟堵塞 若鏟刃夾角過小 要使達(dá)到同樣的 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 年 挖掘?qū)挾?則必須增加鏟的寬度 增大挖掘鏟的挖掘阻 力 根據(jù)式 可得 入土角 挖掘鏟入土角的大小決定挖掘鏟的 入土性能和挖掘深度 為了達(dá)到更好的挖掘效果 減 少對藥材的損傷 挖掘鏟在工作時(shí)入土角度應(yīng)保證能 將藥材根莖完整掘出 使掘出物在鏟面上勻速運(yùn)動(dòng) 并 能順利輸送到挖掘鏟后端而不掉落 現(xiàn)對莖土混合物 進(jìn)行受力分析 如圖 所示 其中 為收獲機(jī)前進(jìn) 的速度 為掘起莖土混合物所需要的力 為挖掘 鏟對莖土混合物的摩擦力 為挖掘鏟對莖土混合物 的作用力 為莖土混合物的重力 為挖掘鏟鏟刃 及鏟體長度 為 形導(dǎo)桿長度 為莖土混合物 到達(dá)鏟體尾部距離地面的高度 為莖土混合物到 達(dá) 形導(dǎo)桿尾部距離地面的高度 為挖掘鏟入土角 度 為 型導(dǎo)桿與鏟面夾角 為土壤對鋼的摩擦 系數(shù) 圖 莖土混合物受力分析圖 入土角 的理論值 可由沿挖掘鏟運(yùn)動(dòng)的掘起物 作用力的平衡方程確定 烅 烄 烆 方程變換后得 烅 烄 烆 試驗(yàn)表明 入土角 越小 挖掘深度減小 挖掘阻 力減小 入土性能增強(qiáng) 但碎土性能差 容易出現(xiàn)壅土 現(xiàn)象 入土角 越大 挖掘深度增大 挖掘阻力增大 入 土性能降低 但碎土性能較強(qiáng) 通常 取 工作深度 通過人工挖掘后觀察根莖類中藥 材的根 莖 分 布 可 知 藥 材 根 莖 的 分 布 范 圍 為 且藥材的根須相互纏繞 因此 在收獲時(shí)挖掘 深度必須的保證大于藥材根莖的最大深度 避免挖斷 主根 破壞根莖的完整性 影響藥用價(jià)值 故挖掘鏟的 最大入土深度 應(yīng) 工作長度 挖掘鏟的長度可以分為兩部分 前端部分為挖掘鏟鏟刃鏟體部分 主要作用為將土壤 中的藥材根莖挖掘出來 后端部分為 形導(dǎo)桿 用于 承載和運(yùn)輸莖土混合物 使莖土混合物沿著鏟面向后 拋送 后端長度的長度可利用能量守恒定律進(jìn)行計(jì) 算 即掘出的莖土混合物所有的動(dòng)能 全部用向后 推送克服重力所做的功和克服與 形導(dǎo)桿摩擦力所 做的功 如式 所示 式中 掘出的莖土混合物所有的動(dòng)能 掘出的莖土混合物的質(zhì)量 重力加速度 化簡后得 選取機(jī)器的最低值作為計(jì)算的極端條件 故 取 值為 取值為 計(jì)算可得 故鏟體和 形導(dǎo)桿的長度 為 根據(jù) 圖 可知莖土混合物到達(dá) 形導(dǎo)桿尾部距離地面的 高度與 形導(dǎo)桿的長度關(guān)系 計(jì)算可知 根據(jù)圖 可知挖掘鏟鏟刃長度 計(jì)算可得 為 則挖掘鏟的總長度 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 桿長的計(jì)算 極位夾角 式中 行程速度變化系數(shù) 取值為 計(jì)算可得 為 做該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基圓 的 半徑 式中 基圓半徑 搖桿長度 擺桿擺角 取 為 則 的取值為 根據(jù)基圓半徑 繪制出曲柄連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈固定中 第 期 許淵 等 根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘裝置設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) 心位置如圖 所示 其中 為基圓圓心 為 點(diǎn)在 基圓上的位置夾角 為曲柄 的長度 為連桿 的長度 圖 曲柄連桿機(jī)構(gòu)鉸鏈固定中心位置示意圖 由于偏心輪安裝在減速器輸出軸皮帶輪上 擺桿 一端固定在下方機(jī)架上 兩點(diǎn)的位置確定 有 槡 式中 符號系數(shù) 取值為 圓心與固定點(diǎn)距離 計(jì)算可得可得連桿 的長度 為 曲柄 的長度 偏心輪偏距 為 挖掘鏟支撐架 兩節(jié)點(diǎn)的長度 為 挖掘鏟運(yùn)動(dòng)分析 挖掘鏟在四桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下做平面運(yùn)動(dòng) 其中挖 掘鏟固定安裝在挖掘鏟支撐架端點(diǎn) 處 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng) 軌跡即為挖掘鏟的運(yùn)動(dòng)的軌跡 已知該四桿機(jī)構(gòu)為曲 柄連桿機(jī)構(gòu) 將四桿機(jī)構(gòu)看作為封閉矢量多邊形 建立 坐標(biāo)系 如圖 所示 圖 四桿機(jī)構(gòu)封閉矢量多邊形 偏心輪轉(zhuǎn)矩 挖掘鏟支架 擺桿 機(jī)架 在收獲機(jī)工作時(shí)經(jīng)過時(shí)間 則挖掘鏟 點(diǎn) 的 位移方程 式中 挖掘鏟在 軸方向上的位移 挖掘鏟在 軸方向上的位移 挖掘鏟距挖掘鏟支架端點(diǎn)長度 挖掘鏟支架運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角 將位移運(yùn)動(dòng)方程對時(shí)間求導(dǎo) 可得挖掘鏟 點(diǎn) 的速度方程 式中 挖掘鏟在 軸方向上的速度 挖掘鏟在 軸方向上的速度 將速度方程對時(shí)間 求導(dǎo) 可得挖掘鏟 點(diǎn) 的 加速度方程 式中 挖掘鏟在 軸方向上的加速度 挖掘鏟在 軸方向上的加速度 由分析可知 挖掘鏟在工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)呈簡諧運(yùn)動(dòng) 其水平方向運(yùn)動(dòng)類似于余弦函數(shù)曲線 垂直方向?yàn)檎?弦函數(shù)曲線 速度與加速度變化類似 說明挖掘鏟四 桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求 挖掘鏟運(yùn)動(dòng)軌跡滿足工 作要求 挖掘裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 模型與參數(shù)的建立 利用 軟件對振動(dòng)式挖掘鏟進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿 真 將建立的三維實(shí)體模型圖 導(dǎo)入軟件中 并建立 直角坐標(biāo)系 規(guī)定 軸正方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)正方向 根據(jù)收 獲機(jī)在工作時(shí)減速器輸出軸轉(zhuǎn)速 對驅(qū)動(dòng)挖掘鏟運(yùn) 動(dòng)的偏心輪施加等額轉(zhuǎn)速馬達(dá) 轉(zhuǎn)速為 方 向?yàn)轫槙r(shí)針旋轉(zhuǎn) 仿真時(shí)間為 所受到的力僅為自 身重力 方向?yàn)樨Q直向下 分析該挖掘裝置在垂直于 水平方向的位移 速度與加速度變化在 軸與 軸隨 時(shí)間的 變 化 情 況 驗(yàn)證其運(yùn)動(dòng)特性是否滿足使用 要求 結(jié)果分析 通過仿真 得到挖掘鏟運(yùn)動(dòng)分析圖 選取挖掘鏟鏟 刃上一點(diǎn) 選取該點(diǎn)在靜止位置為坐標(biāo)原點(diǎn) 導(dǎo)出其分 別在 軸方向上的位移 時(shí)間 速度 時(shí)間 加速度 時(shí)間變化曲線如圖 圖 所示 由圖 可知 挖掘鏟在 軸的運(yùn)動(dòng)最大幅度為 呈往復(fù)式運(yùn)動(dòng) 軌跡曲線平滑 無運(yùn)動(dòng)干涉 現(xiàn)象 由圖 圖 可知 挖掘鏟在 軸的速度和加速 度曲線具有輕微波動(dòng)變化平穩(wěn) 說明挖掘鏟運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)存在急回特性 但急性特性不明顯 結(jié)合位移 速 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 年 度 加速度曲線特性 分析可知 當(dāng)挖掘鏟開始運(yùn)動(dòng) 時(shí) 鏟 尖 處 于 原 點(diǎn) 位 置 此時(shí)挖掘鏟初速度為 加速度為 挖掘鏟開始向左運(yùn)動(dòng) 在運(yùn) 動(dòng)過程中 速度不斷減小 加速度不斷增大 當(dāng)挖掘 鏟達(dá)到最左端時(shí) 挖掘鏟的速度降低為 加速度達(dá) 到最大值 挖掘鏟開始向右運(yùn)動(dòng) 速度不 斷增大 加 速 度 開 始 減 小 當(dāng)挖掘鏟回到原點(diǎn)位置 時(shí) 此時(shí)挖掘鏟的正向速度達(dá)到最大值 加 速度降低為 挖掘鏟繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng) 挖掘鏟的速度 開始降低 加 速 度 正 向 增 大 當(dāng)挖掘鏟到達(dá)最右端 時(shí) 挖掘鏟速度為 加速度達(dá)到最大值 此時(shí)挖掘鏟開始向左移動(dòng) 此時(shí)挖掘鏟速度開始反 方向增大 加速度開始減小 當(dāng)挖掘鏟回到原點(diǎn)位置 時(shí) 速度達(dá)到反向最大值 加速度減小為 挖掘鏟以相同運(yùn)動(dòng)特向重復(fù)向左運(yùn)動(dòng) 圖 軸方向時(shí)間 位移變化曲線 圖 軸方向時(shí)間 速度變化曲線 圖 軸方向時(shí)間 加速度變化曲線 同理 選取挖掘鏟鏟面一點(diǎn)靜止位置為坐標(biāo)原點(diǎn) 導(dǎo)出其在與 軸方向上的位移 時(shí)間 速度 時(shí)間 加 速度 時(shí)間變化曲線如圖 圖 所示 由圖 可知 挖掘鏟在 軸運(yùn)動(dòng)的最大幅度為 軌跡曲線平滑 無運(yùn)動(dòng)干涉現(xiàn)象 由圖 和 圖 可知 挖掘鏟在 軸運(yùn)動(dòng)的速度和加速度曲線平 滑對稱 說明挖掘鏟運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 無急回特性出現(xiàn) 結(jié)合 位移 速度 加速度變化特性 分析可知 當(dāng)挖掘鏟開始 運(yùn)動(dòng)時(shí) 挖掘鏟處于原點(diǎn)位置 此時(shí)挖掘鏟的初速度為 正向最大值 加速度為最大值 挖掘鏟開始向上運(yùn)動(dòng) 在運(yùn)動(dòng)過程中 速度與加速度均 減小 當(dāng)挖掘鏟運(yùn)動(dòng)到最上端時(shí) 速度與加速度均降低 為 挖掘鏟開始向下運(yùn)動(dòng) 此時(shí)挖掘鏟的速度與加速 度均反向增大 當(dāng)挖掘鏟再次回到原點(diǎn)時(shí) 速度與加速 度均達(dá)到反向最大值 速度為 加速度為為 最大值 挖掘鏟繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng) 速度與加速 度開始減小 當(dāng)挖掘鏟運(yùn)動(dòng)到最下端時(shí) 速度與加速度 降低為 挖掘鏟開始向上運(yùn)動(dòng) 速度與加速度開始正 向增大 當(dāng)挖掘鏟在此回到原點(diǎn)時(shí) 速度與加速度再次 達(dá)到正向最大值 速度為 加速度為為最大 值 挖掘鏟以相同的運(yùn)動(dòng)特性在往復(fù)式 運(yùn)動(dòng) 圖 軸方向時(shí)間 位移變化曲線 圖 軸方向時(shí)間 速度變化曲線 圖 軸方向時(shí)間 加速度變化曲線 第 期 許淵 等 根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘裝置設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) 根據(jù)對挖掘鏟水平垂直方向的運(yùn)動(dòng)分析可知挖掘 鏟在工作時(shí)做簡諧運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)特性符合預(yù)期要求 行程 變化滿足設(shè)計(jì)要求 挖掘鏟的優(yōu)化模擬試驗(yàn) 模型參數(shù)設(shè)置 根據(jù)挖掘鏟在 軸 軸方向位移曲線特性 采用 非線性有限元仿真模擬挖掘鏟在工作時(shí)挖掘 土壤的具體過程 首先使用 讀取模型并 設(shè)置相關(guān)參數(shù) 挖掘鏟材料選取 鋼 材料參數(shù) 為 密度 彈性模量 泊松比 土壤模型也在 中建立 根據(jù)藥材種植環(huán)境與模式選取相關(guān)參數(shù) 具體 參數(shù)如表 所示 根據(jù)收獲藥材的工作幅寬和挖掘深度 土壤模型 的高度為 寬度為 為了保證挖掘 鏟在試驗(yàn)過程中能完成一次完整運(yùn)動(dòng) 土壤模型的 長度為 挖掘鏟距離土壤模型 表 試驗(yàn)土壤的相關(guān)參數(shù) 參數(shù) 數(shù)值 土壤密度 水密度 含水率 體積模量 剪切模量 內(nèi)摩擦角 土粒相對密度 試驗(yàn)方案及結(jié)果 采用 非線性有限元仿真模擬挖掘鏟在 工作時(shí)挖掘土壤的具體過程 以收獲機(jī)前進(jìn)速率 挖 掘鏟的入土角 和偏心輪轉(zhuǎn)速 作為試驗(yàn)因素 以挖 掘阻力 作為指標(biāo) 通過調(diào)節(jié)不同的因素水平 獲取在不同水平下指 標(biāo)的數(shù)值變化 試驗(yàn)因素水平分布如表 所示 試驗(yàn)結(jié) 果如表 所示 表 試驗(yàn)因素水平表 編碼 試驗(yàn)因素 前進(jìn)速率 入土角 轉(zhuǎn)速 表 試驗(yàn)方案及結(jié)果分析表 試驗(yàn)號 試驗(yàn)因素 挖掘阻力 優(yōu)方案 結(jié)果分析 根據(jù)試表 可知 三個(gè)因素中因素 前進(jìn)速率 水平改變時(shí)對試驗(yàn)指標(biāo)的影響最大 主要因素 其次 是因素 入土角 最后是因素 轉(zhuǎn)速 因素 前 進(jìn)速率 的三個(gè)水平所對應(yīng)的挖掘阻力的平均值 為 為 為 由于該試驗(yàn)以挖掘阻力 為試驗(yàn)指標(biāo) 其值越小表示挖掘裝置入土性能越好 故 最小平均值對應(yīng)的水平即為因素的最佳水平 即因素 前進(jìn)速率 的第二水平為最佳水平 同理由表 可 得因素 和因素 的最佳水平分別為第一水平和第 三水平 從以上分析可知 各因素對試驗(yàn)指標(biāo)的影響按大 小排序?yàn)?前進(jìn)速率 入土角 因素 轉(zhuǎn)速 最佳方案為 即前進(jìn)速度為 入土角 為 轉(zhuǎn)速為 時(shí)挖掘鏟的挖掘阻力最小 由試驗(yàn)結(jié)果表中可以看出 最佳方案為第 次試驗(yàn) 從 結(jié)果可知第 次試驗(yàn)中的挖掘阻力為 為 次 試驗(yàn)中最小值 故最佳方案符合實(shí)際 結(jié)論 針對根莖類中藥材收獲機(jī)采用固定式挖掘鏟收獲 時(shí) 存在挖掘深度不足 入土阻力大 功率損耗嚴(yán)重 碎 土效果差 鏟尖磨損較大等問題 本研究設(shè)計(jì)了一種振 動(dòng)式挖掘鏟 該裝置采用曲柄連桿機(jī)構(gòu) 在偏心輪驅(qū)動(dòng) 下做平面運(yùn)動(dòng) 在挖掘過程中大大減少挖掘阻力 主 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 年 要結(jié)論如下 對挖掘裝置的整體結(jié)構(gòu) 挖掘鏟參數(shù)和運(yùn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析 根據(jù)挖掘裝置的工作原理確定該裝 置采用四桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng) 挖掘鏟結(jié)構(gòu)采用鋸齒形平面鏟 鏟刃張角 小于 入土角 為 工作深度 為 鏟面長度 為 根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn) 動(dòng)特點(diǎn)確定各個(gè)桿件的位置和長度 并對挖掘鏟進(jìn)行 運(yùn)動(dòng) 分 析 求 得 挖 掘 鏟 的 位 移 速 度 和 加 速 度 運(yùn) 動(dòng) 方程 對挖掘鏟進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 提取挖掘鏟鏟尖在 水平方向和垂直方向上的位移 時(shí)間 速度 時(shí)間 加 速度 時(shí)間運(yùn)動(dòng)曲線 分別對曲線進(jìn)行分析可知 挖掘 鏟在工作時(shí)做簡諧運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)特性符合設(shè)計(jì)要求 對挖掘裝置進(jìn)行優(yōu)化模擬試驗(yàn) 采用 非線性有限元仿真模擬挖掘鏟在工作時(shí)挖掘土壤的具 體過程 以收獲機(jī)前進(jìn)速率 挖掘鏟的入土角 和 偏心輪轉(zhuǎn)速 作為試驗(yàn)因素 以挖掘阻力 作為指標(biāo) 進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn) 通過分析試驗(yàn)結(jié)果 當(dāng)挖 掘裝置的參數(shù)為前進(jìn)速度為 入土角為 轉(zhuǎn)速為 時(shí) 挖掘阻力最小 即該組合為挖掘 裝置的最佳參數(shù)組合 參 考 文 獻(xiàn) 周欣 中醫(yī)藥國際化的發(fā)展及趨勢研究 廣州 廣州中 醫(yī)藥大學(xué) 陳宇 中草藥種植產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 黑龍江科技信息 張瑞麟 范敏 周桂玲 新疆中草藥的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢與發(fā)展策 略 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué) 張訓(xùn) 中草藥種植產(chǎn)業(yè)綜述 農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備 張順 熊瑋 朱德泉 等 根莖類中草藥收獲機(jī)械設(shè)計(jì) 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 張文杰 型藥材收獲機(jī)設(shè)計(jì)與研究 蘭州 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 鞏自衛(wèi) 長根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘鏟的設(shè)計(jì) 南方農(nóng) 機(jī) 崔中凱 張華 周進(jìn) 等 牽引式甘薯收獲機(jī)設(shè) 計(jì)與試驗(yàn) 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 范開欣 甘草收獲機(jī)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵機(jī)構(gòu)仿真分析 蘭州 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 劉寶 張東興 李晶 型單行馬鈴薯收獲機(jī) 設(shè)計(jì) 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 楊紅光 胡志超 王冰 等 馬鈴薯收獲機(jī)械化技術(shù)研究 進(jìn)展 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 王虎存 張育豪 孫偉 等 振鏟式馬鈴薯挖掘機(jī)設(shè)計(jì)與 試驗(yàn) 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 呂金慶 田忠恩 楊穎 等 型雙行馬鈴薯挖掘機(jī) 的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 羅彤娥 吳建民 孫偉 等 種馬鈴薯挖掘鏟的對比分 析 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 張丹 張兆國 曹永輝 等 三七收獲機(jī)組合式挖掘鏟設(shè) 計(jì)與試驗(yàn) 江蘇大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 版 第 期 許淵 等 根莖類中藥材收獲機(jī)挖掘裝置設(shè)計(jì)與仿真試驗(yàn) 魏宏安 王蒂 連文香 等 型馬鈴薯聯(lián)合 收獲機(jī)的研制 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 劉瀟 何彬濤 段愛國 等 振動(dòng)式馬鈴薯挖掘裝置關(guān)鍵 部件設(shè)計(jì) 中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào) 楊小平 石林榕 孫偉 等 黃芪振動(dòng)挖掘機(jī)工作參數(shù)的優(yōu) 化與試驗(yàn) 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 劉友成 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì) 科技信息 科 學(xué)教研 陳英凱 李青江 周進(jìn) 等 基于 的凸輪設(shè)計(jì)建 模及性能分析 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 石林榕 孫偉 趙武云 等 振動(dòng)挖掘鏟減阻數(shù)值模擬及參 數(shù)優(yōu)化 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)