联合收获机割台机架结构参数优化
谷物联合收获机性能试验与功能优化方向
36㊀㊀农机使用与维修2024年第2期谷物联合收获机性能试验与功能优化方向李良刚(黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081)摘㊀要:谷物联合收获机作为农业生产中的一种多功能收获机械,在我国应用广泛,其具备的高效率优势得到了农业生产经营者的认可,近年来,谷物联合收获机的市场占有率持续提高,机型种类和产品得到了快速丰富㊂为进一步提高谷物联合收获机的应用合理性,从谷物联合收获机分类与技术特征及技术弱项展开论述,说明了性能试验的主要工作和功能优化的方向㊂关键词:谷物联合收获机;性能;试验;优化中图分类号:S225.3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.02.009Performance Test and Function Optimization Direction of Grain Combine Harvester LI Lianggang(Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences,Harbin 150081,China)Abstract :As a multifunctional harvesting machine in agricultural production,grain combine harvesters are widely used in China.Their high efficiency advantages have been recognized by agricultural producers and operators.In recent years,the market share of grain combine harvesters has continued to increase,and the types and products of grain com-bine harvesters have been rapidly enriched.In order to further improve the rationality of the application of grain combine harvesters,this paper discusses the classification,technical characteristics,and technical weaknesses of grain combineharvesters,and explains the main work of performance testing and the direction of functional optimization.Keywords :grain combine harvester;performance;testing;optimization作者简介:李良刚(1980 ),男,黑龙江海伦人,本科,工程师,研究方向为农业播种收获机械㊂0㊀引言近年来,在国家惠农政策和科技助农系列工作的持续开展下,我国的农业得到了长足发展,农业生产模式和现代化程度得到显著提升[1]㊂主要粮食作物不仅稳产㊁高产,而且种植规模进一步扩大,对于农业机械的依赖程度进一步提高㊂谷物联合收获机是具有复合功能特点的现代化收获机械,能够适应水稻㊁小麦㊁大豆等多种农作物的自动化收获需求,具有良好的工作效率且一次作业就能完成多个收获及初加工工序,受到了农民的认可与使用㊂从我国农业生产实践来看,谷物联合收获机的性能对于生产效率㊁收获质量㊁农业收益等影响很大㊂对收获性能展开分析并进行部分功能优化,对于提升谷物联合收获机的适用性㊁可靠性㊁高效性意义重大㊂1㊀分类与技术特征随着国内农业机械行业的快速发展,我国对于生产制造及自主研发中大型农业机械的能力逐渐提高,谷物联合收获机的技术研究与制造能力显著提升,自主机型有效降低了农民的购机成本,在一定程度上填补了农机市场的自主技术设备空白㊂谷物联合收获机是一种将谷物收割与脱离㊁清选㊁秸秆处理等功能集成的现代化收获机械,具备专用的动力系统㊁控制系统㊁传动装置和行走装置,能够适应多种谷物类作物的收获㊂传统的谷物联合收获机结构和功能相对简单,多采用牵引式㊁悬挂式的作业方式,机具需要与拖拉机进行配套安装,由拖拉机提供牵引行驶的动力和整机运转的驱动力,此类技术方案受到两方面的发展制约,一是对于拖拉机的性能依赖较高,部分机型存在不匹配问题,还存在动力不足或动力浪费问题;二是整体功能相对单一,电气化程度不高,技术相对落后,导致牵引式㊁悬挂式机型的应用量逐渐降低[2]㊂随着技术的发展,谷物联合收获机逐渐向自走式设备发展,这类机型采用整体设计,配备有专用的发动机和行走装置,整机结构更为紧凑,不同功能的装置之间衔接更合理,现代化的电气控制技术和传感器技术的应用更为简单便捷,整机性能更有保证,机动性增强,可靠性提升,适合大规模生产作业使用㊂2㊀技术原理谷物联合收获机的主体结构如图1所示,包括发动机㊁割台㊁行走装置㊁输送装置㊁脱粒系统㊁分离和清粮装置㊁控制室及粮仓等㊂其主要的技术流程如图2所示㊂首先通过割台的拨禾轮将作物植株送2024年第2期农机使用与维修37㊀入割台内部,并利用切割器将秸秆切断,切断后的谷物和秸秆进入脱粒装置脱粒,然后经过分离㊁清粮等功能部件进行谷物提纯,将杂质排出机外,并将干净的籽粒送入粮仓㊂1.割台;2.控制室;3.输送装置;4.行走装置;5.脱粒系统;6.分离和清粮装置;7.粮仓图1㊀谷物联合收获机的主体结构图2㊀主要技术流程3㊀技术弱项尽管我国谷物收获机技术近年来发展迅速,但在与国际先进机型技术相比仍存在差距,在生产实践中应用仍存在很多问题亟待解决㊂首先,整机的精细化程度不高,对于仿形技术㊁智能控制等应用相对不足,在控制精确性,转速调整㊁响应速度等方面仍待提升;其次,生产制造能力不足,农机设备的生产线整体自动化程度和现代化设备缺失,对于机械零部件的加工㊁装配能力不足,导致整机可靠性㊁使用寿命不尽如意;再次,整机适用性不足,不能完全适应不同地区的农产需求,对于部分品种作业质量不佳,存在明显的地域性开发特点[3]㊂此外,对于收获机的远程监测㊁技术管理等现代化功能普及不佳,影响整体监管的实施㊂4㊀性能试验主要工作由于农机市场销售的联合收获机产品在不同地区㊁不同作物品种的应用存在一定的适用性差异,因此必须通过性能试验验证后方可在农业生产区进行推广应用[4],针对谷物联合收获机的性能试验主要应从以下方面开展㊂4.1㊀性能要求谷物联合收获机属于结构复杂的农机种类,其功能部件较多,对于性能的考察也应更为严格,其试验鉴定的项目较多,收获机的应用应重点考虑以下生产实际需求㊂一是充分考虑生产规模与机械效率的匹配程度,对于大面积的农田,应尽量保证谷物收获机的作业幅宽和作业效率,避免中小机型作业造成效率低下,并造成土壤压实等问题㊂二是充分考虑对作物品种的适用性,谷物联合收获机应当能够适应不同的产量㊁植株高度㊁谷草比㊁含水率㊁脱粒特性和倒伏程度,能够根据作物品种特征进行机械结构调整,并通过调整优化对不同品种及植株特征条件的收获能力㊂三是对地形地势的适应能力㊂谷物联合收获机应当能够适应不同耕地形状㊁土壤性质㊁地形地势等田间条件㊂4.2㊀田间生产能力试验田间生产能力试验主要验证谷物联合收获机在田间实际工作的表现情况,该项试验应在收获季节广泛持续开展,以提高试验数据的广泛性与全面性㊂试验验证的主要项目包括:1)机械动力是否满足生产需要;2)整机作业的平均燃油消耗和经济性指标;3)机械总体故障率;4)割台装置收获过程的切割㊁收集能力;5)脱粒㊁分离㊁清粮装置的整体可靠性;6)秸秆处理质量及切碎合格率;7)粮仓工作的可靠性;8)整机调整的便捷性;9)整机维护保养的便捷性;10)整机电控系统的效率和控制反应速度等[5]㊂田间试验过程应做好试验记录,不仅包括设备生产能力相关的数据,还包括天气㊁地表状态㊁坡度㊁割茬高度㊁作物品种㊁杂草情况㊁作业起始与结束时间等,以供试验结论报告使用㊂4.3㊀收获质量分析与验证对收获机收获的粮食作物质量进行样本采集38㊀㊀农机使用与维修2024年第2期与数据分析,能够获得收获机作业质量指标数据,以验证其关键作业指标是否符合国家标准要求㊂取样前应将收获机内部和粮仓内的粮食全部排空,取样作业的实验过程应保证每次取样的行驶距离或行驶时间相同,例如每次均行驶50m,或每次作业时间30s,进行定量取样,或每次取样用定量容器装取㊂样本统计的范围应尽量广,应覆盖主要作物种类,并对每种类型作物进行多次取样,并对获取的样本进行统计分析,去平均值计算关键技术指标㊂选取实际割幅覆盖下1m收获长度的耕地地表(面积为S),进行人工拣起落粒㊁掉穗和漏割穗,在脱粒后称取重量记为W,单位面积的损失率测定标准为:损失率=W/Sˑ100%㊂以小麦及水稻收获为例其关键作业指标如表1所示㊂表1㊀小麦及水稻收获质量标准要求统计项标准要求小麦水稻损失率/%ɤ3.5ɤ2.0破损率/%ɤ2.0ɤ2.0含杂率/%ɤ2.0ɤ2.0留茬高度/mmɤ100ɤ1005㊀功能优化的主要方向5.1㊀割台功能优化1)提高抗倒伏能力㊂从生产实践来看,现阶段大部分的谷物联合收获机对平原地区的直立秸秆谷物收获能力较好,表现为谷物损失率较低,能达到技术指标要求㊂但大部分谷物联合收获机在收获倒伏秸秆时的技术指标明显降低,造成掉穗㊁漏割穗的概率明显增加,为适应农田植株轻度或中度倒伏,应加强割台抗倒伏技术研发与应用,提高作物收获率[6]㊂2)优化拨禾轮的性能㊂据统计,割台收获过程的主要粮食损失之一来自拨禾轮冲击造成的掉穗,未来应加强拨禾轮转速与掉穗率之间的关系研究,探索拨禾轮转速㊁行驶速度之间的匹配关系,促进整机配合的精细化提升㊂3)优化割刀技术㊂割刀的切割阻力和切割效率对于谷物联合收获机的整机工作效率影响很大,应针对割刀形态㊁刃倾角㊁切削速度进行进一步细化分析,将切削阻力产生的不利影响降到最低㊂5.2㊀脱粒功能优化1)防堵功能优化㊂在联合收获机作业过程中,脱粒滚筒堵塞是常见故障之一,现阶段应用的纹杆滚筒式㊁轴流式滚筒均存在一定概率的堵塞问题,应加强脱粒装置的粮食输出能力,做好防堵结构的设计㊂2)分离能力提升㊂分离能力是脱粒效率的重要影响因素,分离能力不足会造成粮食损失率的提升,应通过优化脱粒装置的结构,并利用仿真软件模拟,对分离过程与功能进行优化升级㊂3)秸秆处理能力改善㊂分离能力强的脱粒装置易造成秸秆的过度破损,细碎的秸秆残渣混合到谷粒㊁谷穗中会对清粮工作产生不利影响,应加强在脱粒过程对秸秆的保护,避免秸秆过度粉碎㊂4)破损率改善㊂在保证分离效率的同时,应优化脱粒装置内部结构,进一步降低粮食在脱粒过程的破损率㊂5.3㊀清粮功能优化1)优化清选装置结构㊂应充分参考国际先进机型的清选装置设计趋势,一方面将传统的单级清选升级为二级或多级清选,提高清选质量,降低含杂率;另一方面优化清选筛网㊁振动装置的技术性能,利用筛网优化和振动机构优化提高清选效率,降低粮食损失率㊂2)合理匹配风机技术㊂风机提供的合理风力㊁风向是除杂的有效手段,针对不同的清选装置结构,应做好风机的合理匹配,必要时选择多级风机提高清选质量,同时还应避免风力过大和风向不合理造成的粮食损失㊂6㊀结语综上所述,谷物联合收获机在农业生产中应用能发挥出显著的技术优势,但应注意不同谷物联合收获机在适用性和技术特征方面的差异,更够根据机型特征合理选择合适的收获机技术,保证谷物类作物的及时高效收获㊂同时,谷物联合收获机的生产企业应持续加强联合收获机的技术研发,努力补足技术短板,促进自主生产的机型产品向更高技术方向转型,同时,谷物联合收获机应持续加强电气化建设,促进产品向全面自动化和智能化转型,实现产品竞争力的全面提升㊂参考文献:[1]㊀刘华伟,张萍,杨晓慧,等.国内谷物联合收获机割台智能化现状与发展研究[J].中国农机化学报,2022,43(4):189-197.[2]㊀叶红.自走轮式谷物联合收获机市场走势分析[J].江苏农机化,2019(4):54-56.[3]㊀张林.谷物联合收获机割台参数对谷子收获质量的影响[D].太原:山西农业大学,2021.[4]㊀鲍远海.谷物联合收获机的工作原理及使用注意事项[J].农机使用与维修,2018(8):54.[5]㊀赵男,金诚谦,王超,等.谷物联合收获机清选系统智能化技术研究进展[J].中国农机化学报,2023,44(3):163-170.[6]㊀宋玉营.联合收获机清选流场CAE后处理与清选装置优化平台构建[D].镇江:江苏大学,2021.(05)。
优化设计半喂入联合收割机的切割器结构
优化设计半喂入联合收割机的切割器结构半喂入联合收割机是一种常见的农业机械设备，广泛应用于农业生产中的小麦、玉米等作物的收获工作中。
切割器作为半喂入联合收割机的重要组成部分，对于作物的切割效果和收割速度有着重要的影响。
因此，优化设计半喂入联合收割机的切割器结构，对提高农机设备的工作效率和生产效益具有重要意义。
一、切割器的结构原理切割器是半喂入联合收割机的关键部件，其主要作用是将作物切割为适当的长度，方便后续的收集和处理。
与传统的刀片切割不同，半喂入联合收割机的切割器一般采用圆盘刀片和固定刀片的结合，通过切割器的旋转运动将作物切割并送入后续的输送系统。
二、优化设计切割器结构的要点和方法1. 刀片选材和设计：选择高硬度、高耐磨性的材料，提高切割器的整体刚性和耐久性。
同时，结合作物类型和切割要求，设计合适的刀片形状和数量，以实现更高效的切割效果。
2. 刀片布置和间距：合理布置刀片，使其在旋转时能够均匀覆盖整个切割区域，并保证刀片之间的间距适当，以避免切割堵塞和作物残留。
3. 切割器结构强度：考虑到在作业过程中可能遇到的冲击和振动，切割器的结构需要具有足够的强度和刚性，以保证稳定的切割效果。
可以采用合适的加强结构和防护措施，提高切割器的可靠性和寿命。
4. 输送系统的优化：切割器与后续的输送系统密切相关，需要考虑到作物的切割效果和后续的收集和处理要求，优化输送系统的设计，确保切割后的作物能够顺利运送到指定位置。
三、优化设计切割器结构的意义和影响1. 提高切割效率：通过优化设计切割器的结构，可以提高切割效率和作业速度，减少作业时间和人力成本。
2. 提高收割质量：优化设计的切割器可以实现更加均匀和精准的切割，减少作物的损失和残留，提高收割质量和农产品的市场竞争力。
3. 减少机械故障：通过强化切割器的结构和改善刀片布置，可以降低切割堵塞和刀片损坏的风险，减少机械故障的发生，提高设备的可靠性和寿命。
4. 适应不同作物和作业条件：优化设计的切割器可以根据不同作物的特性和作业条件进行调整和改进，提高适应性和灵活性，满足农业生产的多样化需求。
谷物联合收割机主要调整部位及参数要求
谷物联合收割机主要调整部位及参数要求一、谷物联合收割机技术参数二、谷物联合收割机主要调整部位及参数要求1 割台部分1）调整拨禾轮，一般弹齿管拔在作物2/3高度处为宜2）动刀片处于两端极限位置时，刀片中心线与护刃器中心线应重合，偏差≤5mm3) 动刀片和压刃器工作面之间间隙范围在0.1mm-0.5mm之间4）喂入搅龙叶片与割台底板之间的间隙一般为15mm-20mm5) 伸缩扒指与割台底板之间的间隙一般为10mm-15mm6）调整过桥链耙耙齿与过桥底板间隙为10mm,用手提链耙中部，提起高度在20mm-35mm之间2 脱谷清选部分1）轴流滚筒活动栅格凹板出口间隙可调整为5mm、10mm、15mm、20mm四档位，手柄越靠后，间隙越大，调整后滚筒应转动自如，凹板左右间隙应保持一致，其偏差≤1.5mm2) 筛片开度调整原则：上筛前段开度在1/3-2/3之间，后段开度略大于前段；下筛较上筛后段开度小些，在保证复脱器不堵塞的情况下，尾筛则尽可能开度大些3 动力传动部分1）当主离合结合时，调整压簧长度为37mm，护圈与联组带间隙7-10mm,托板与联组带间隙10-15mm2）当卸粮离合结合时，调整压簧长度为37mm，护圈与C2490皮带间隙7-10mm3）两组无级变速皮带HK2700和HK3410在125N的压力下挠度为16-24mm4 底盘部分及其它1)离合器踏板自由行程在20-30mm之间；制动踏板自由行程在10-15mm之间，两侧制动夹盘的自由间隙保持在0.5-1mm之间2)保证转向轮前束值为8mm-12mm3)同一回路中带轮轮槽对称中心面（对于无级变速轮，动轮应处于对称中心面位置）位置度偏差不大于中心距的0.3%（一般短中心距允许偏差2mm-3mm,中心距长的允许偏差3mm-4mm）4)同一传动回路中，链轮应在同一平面内，其轮齿对称中心面位置度偏差不大于中心距的0.2%（一般短中心距允许偏差1.2mm-2mm,中心距较长的允许偏差1.8mm-2.5mm）5)调整链条张紧度时，把改锥插在链条滚子之间向链的运动方向扳动，链节左右能转过10°-20°为宜。
纵轴流联合收获机清选装置结构优化与试验
２ ０ １ ８年 ５月
农 机 化 研 究
第 ５期
纵 轴 流 联 合 收 获 机 清 选 装 置 结 构 优 化 与 试 验
梁 振 伟 ，李 耀 明 ，马培 培 ，魏 纯 才 ，王建 鹏
（ 江 苏 大 学 教育 部 现 代 农 业装 备与 技 术 教 育 部 重点 实 验 室 ，江 苏 镇 江 摘 ２ １ ２ ０ １ ３）
１
．
究。成芳等利用
台对风筛 式清选 装置 主要参 数
１ 风 筛 式清 选 装 置 结构 与 工作 原 理 风筛 式 清 选装 置 主要 由风 机 振动筛 、 籽粒搅龙 、 杂余搅龙及 回程筛板 等组成 如 图 １所 示 。工 作 时 ，
、
，
进 行 了 试 验 研 究 ； 李 耀 明 等 根 据 、 ？ 由 葶 脱出 物 的 特 清 选 筛 及 抖 动 板 不 断 做 往 复 运 动 ， 物 料 脱 出 物 不 断 地
要 ：通 过物 料 在 气 流 作用 下 的运 动 方 程 从 而找 出影 响 物 料 运 动状 态 的 主要 因 素 ， 利 用 正 交 试 验 分 析 风 机 转
速、 鱼鳞 筛 开 度 、 分风板 Ｉ 角度 、 分风板 Ｉ Ｉ 角 度 ４个参 数 对 清选 性 能 （ 损失率及含杂率 ） 的影响 ， 从 而 得 出单 纵 轴 流联 合 收 割 机 清选 装 置 最 佳 的工作 参 数 。为 解 决 滚筒 中后 部 落 下 的 物 料 含 杂 率 较 高 ， 籽 粒 容 易 随茎 秆 被 抛 出 机
联合收割机收割台结构特点及常见故障的排除
联合收割机收割台结构特点及常见故障的排除全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：联合收割机是农业机械中常见的收割设备，广泛应用于农田中的小麦、水稻、玉米等作物的收割作业中。
其收割效率高，操作简便，受到了广大农民的青睐。
而收割台作为联合收割机的关键零部件，其结构特点和常见故障的排除方法对于保证收割机的正常运行至关重要。
本文将对联合收割机收割台的结构特点及常见故障的排除进行详细介绍。
一、联合收割机收割台的结构特点1. 切台：切台是联合收割机收割台的关键部件，其作用是将作物割断并送入收获机构。
2. 输送链板：输送链板负责将作物送入收获机构，并通过链条的传动使作物顺利地进入收割机的内部。
3. 调整装置：调整装置主要用于收割台的调整和平衡，以保证作物能够被均匀地收割。
4. 车体结构：联合收割机收割台的车体结构通常由钢板焊接而成，具有较强的承载能力和稳定性。
二、联合收割机收割台的常见故障及排除方法1. 输送链板断裂故障原因：输送链板在长时间的使用中容易发生金属疲劳断裂。
排除方法：一旦发现输送链板出现断裂，应立即停机检修，更换新的输送链板，并对其安装螺栓进行加固。
2. 切台失灵故障原因：切台的刀片磨损严重或机械传动系统故障。
排除方法：定期对切台的刀片进行检查和磨削，确保切台的刀片锋利。
如果是机械传动系统故障，应及时进行修理或更换受损部件。
3. 调整装置失灵故障原因：调整装置的液压系统故障或调整装置结构松动。
排除方法：检查液压系统的油路和油封是否损坏，如有损坏应及时更换；检查调整装置的连接螺栓是否松动，如松动应立即加紧螺栓。
4. 车体结构变形故障原因：长时间的使用或因外部碰撞导致车体结构产生变形。
排除方法：定期对车体结构进行检查，一旦发现变形情况应及时用大型千斤顶将车体结构调整为正常状态。
总结：联合收割机收割台的结构特点和常见故障的排除方法在提高收割效率和保证机械设备安全运行方面起着重要作用。
农民在使用联合收割机的过程中，应认真学习并掌握收割台的结构特点和常见故障的排除方法，定期进行检查和维护，保证农业生产的顺利进行。
谷物联合收割机脱粒机机架有限元分析及优化
谷物联合收割机脱粒机机架有限元分析及优化
臧世宇;吴崇友;伍扬华
【期刊名称】《江苏农业科学》
【年(卷),期】2016(44)12
【摘要】为校核某型号的谷物联合收割机脱粒机机架的强度特性，运用P／ROE 软件建立机架的三维模型，并导入到ANSYS Workbench中进行有限元分析，确定其力学特性，得到该结构的应力、变形云图，找到最大应力产生的部位。
结果表明，机架应力分布均匀，最大应力小于其许用应力，满足强度要求，且具有较大富余。
最大变形量较小，变化合理，满足要求，并进一步运用拓扑优化方法对机架结构进行优化，优化后的机架质量减少20％，节省了材料，拓扑优化运用在机架设计中是有效的。
【总页数】3页(P347-349)
【作者】臧世宇;吴崇友;伍扬华
【作者单位】安徽农业大学工学院，安徽合肥230036; 农业部南京农业机械化研究所，江苏南京210014;农业部南京农业机械化研究所，江苏南京210014;安徽农业大学工学院，安徽合肥230036; 农业部南京农业机械化研究所，江苏南京210014
【正文语种】中文
【中图分类】S225.3
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谷子联合收获机割台机架的振动分析与结构优化
谷子联合收获机割台机架的振动分析与结构优化
郑国强;李耀明;姬魁洲;梁振伟;马啸;程军辉
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】为了降低谷子联合收获机在田间工作时的振动、减少割台损失率,利用SolidWorks对谷子割台机架进行三维建模,利用ANSYS软件对谷子割台机架优化前和优化后分别进行有限元分析,并用东华DH5902动态测试分析仪对计算机模态分析结果进行了验证。
结果表明:优化前的第4阶模态为11.04Hz,其频率落在外部激振频率范围内;优化后的谷子割台机架各个阶次频率均避开了联合收获机各外部激振频率范围,有效避免了割台震动的产生。
通过田间试验验证了改进前后的割台损失率,改进后的割台损失率降低了14.5%。
研究成果可为降低谷子联合收获机振动及为谷子割台的减震设计提供了理论指导。
【总页数】6页(P41-45)
【作者】郑国强;李耀明;姬魁洲;梁振伟;马啸;程军辉
【作者单位】江苏大学农业工程学院;山东省农业机械科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】S225;S220.3
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工业大麻(纤维)联合收获机收获装置参数优化试验
2024年第4期农机使用与维修21㊀工业大麻(纤维)联合收获机收获装置参数优化试验曹海峰,公衍峰(黑龙江省农业机械工程科学研究院绥化分院,黑龙江绥化152054)摘㊀要:为提升工业大麻(纤维)收获质量,利用收获装置试验台展开作业参数优化试验,分析作业参数对工业大麻收获质量的影响规律㊂以漏切率和推倒率为主要性能指标,输送带输送速度v 带㊁割刀的往返次数n ㊁收获机机架与垂直方向的倾角α为试验因素,探究各因素对指标的影响规律,确定各试验因素较优水平区间㊂为优化该机械收获装置参数提供了较好的设计方案㊂关键词:工业大麻;联合收获机;收获装置;作业参数;参数优化中图分类号:S225㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Adoi :10.14031/ki.njwx.2024.04.005Parameter Optimization Test of Harvesting Device of Industrial Hemp (Fiber )Combine Harvester CAO Haifeng,GONG Yanfeng(Suihua Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural Machinery Sciences,Suihua 152054,China)Abstract :In order to improve the harvesting quality of industrial hemp (fiber),the operation parameter optimization ex-periment was carried out by using the harvesting device test bench,and the influence of operation parameters on the har-vest quality of industrial hemp was analyzed.Taking the missed cut rate and knock down rate as the main performance indicators,the conveyor belt conveying speed v belt ,the number of round trips of the cutting knife n,and the inclinationangle of the harvester frame and vertical direction were the test factors,the influence of each factor on the index was ex-plored,and the optimal horizontal interval of each test factor was determined.In order to optimize the parameters of themechanical harvesting device,a good design scheme is provided.Keywords :industrial hemp;combine harvesters;harvesting devices;job parameters;parameter optimization基金项目:黑龙江省农业科技创新跨越工程农业特色产业科技创新支撑项目(CX23TS33);黑龙江现代农业产业技术协同创新推广体系麻类(工业)产业资助作者简介:曹海峰(1977 ),男,黑龙江庆安人,硕士,研究员级高级工程师,研究方向为农机工程㊂0㊀引言目前,对于工业大麻(纤维)收获机研究大多是从整机结构设计和性能方面进行研究,而对收获装置的研究很少,尤其是对收获装置作业参数优化的研究㊂综合参考国内农作物收获机械和其他高茎秆类农作物机械化收获技术,为工业大麻(纤维)收获技术提供一定参考㊂薛忠等[1]从回转式高茎秆作物切割装置的研究现状出发,提出了回转式切割器未来应用的建设性意见㊂刘兆朋等[2]通过数理统计的方法,建立了结构与运动因素对切割功耗㊁破茬率和纤维残留率的数学理论模型,分析了各因素与切割响应的交互作用,得到了试验最佳组合参数㊂李仲恺等[3]对圆盘切割装置的理论计算进行分析,提出了避免漏割和多刀重复切割的参数匹配关系表达式㊂综上所述,基于自主研发的试验台做试验分析,研究不同影响因子对装置工作性能的影响,有助于装置参数的优化研究㊂优化工业大麻(纤维)联合收获机收获装置作业参数是提升工业大麻(纤维)联合收获机作业可靠性和适应性的必要问题㊂因此,本文以收获装置的作业参数为因素,探究了输送带输送速度v 带㊁割刀的往返次数n ㊁收获机机架与垂直方向的倾角α对工业大麻(纤维)收获质量的影响规律,找出符合工业大麻(纤维)收获农艺要求的参数组合㊂利用自制工业大麻(纤维)收获装置试验台,以推倒率和漏切率为试验指标,先进行单因素试验,在单因素试验结果的基础上,进行田间试验[4-5],得出符合工业大麻(纤维)收获农艺要求的最优参数组合,实现工业大麻(纤维)联合收获机收获装置的优化设计㊂1㊀试验装备与材料1.1㊀试验台结构工业大麻(纤维)联合收获机收获装置试验台由拨禾星轮㊁切割器㊁输送装置和机架等部件组成㊂收获装置是研究漏切率和推倒率的关键部件,主要由装有刀片的刀杆㊁护刃器㊁压刃器等组成[6-8]㊂动力装置位于收获装置正后方,通过曲柄连杆机构将动力提供给收获装置,利用调速电机,调整割刀的往返次数㊂喂入装置位于切割装置正前方,包括物料夹持盘(1m ˑ1m)和喂入输送带,输送带两侧设有物料挡板,防止物料喂入时发生倾斜㊂22㊀㊀农机使用与维修2024年第4期1.2㊀工作原理工作时,工业大麻(纤维)按照种植密度均匀夹持在物料夹持盘上,由输送装置将物料夹持盘平稳可靠地喂入到收获装置,保证切割质量[9-11]㊂切割后的工业大麻(纤维)由输送装置铺放到收获装置的一侧㊂为便于调整喂入速度,配置单独的动力输入装置㊂1.3㊀试验材料与方法本试验选取青冈县中和村处于收获期的整株工业大麻(纤维)为试验样品㊂试验开始前,机器在空载情况下,调整好物料输送带的输送速度;试验开始时,先调整好收获装置的往复速度,运行平稳后,开启物料输送带,使其均匀地输送给收获装置㊂每个物料夹持盘为一组,测试三组㊂试验结束后,统计出每盘推倒㊁漏割的工业大麻植株数量㊂试验参数测定如下1)推倒率S t =nt nˑ100%(1)式中㊀n 收获的工业大麻(纤维)植株总数量,株;n t 推倒的工业大麻(纤维)植株数量,株;S t 推倒率,%㊂2)漏切率S L =nL nˑ100%(2)式中㊀n 收获的工业大麻(纤维)植株总数量,株;n L 漏切的工业大麻(纤维)植株数量,株;S L 漏切率,%㊂2㊀单因素试验为了探究输送带输送速度v 带㊁割刀的往返次数n ㊁收获机机架与垂直方向的倾角α对工业大麻(纤维)收获质量的影响规律,文本先进行单因素试验[12]㊂根据工业大麻(纤维)农艺要求,工业大麻(纤维)收获机作业前进速度8~10km /h,根据理论分析与计算,割刀往返次数n 范围100~1600次/min 输送带输送速度v 带范围3~10m /s,收获机机架与垂直方向的倾角α影响了工业大麻(纤维)喂入状态和流畅性,从而影响收获质量,结合实际的作业参数,本文试验时选用以下作业参数组合:输送带输送速度v 带为5m /s,倾角α为10ʎ,每组试验选用固定参数组合,探究工业大麻(纤维)单试验因素水平线趋势㊂2.1㊀割刀往返次数对试验指标的影响割刀往返速度决定工业大麻(纤维)的切割效果,切割速度过慢,割不断麻秆;切割速度过快,不利于麻秆进入切割器㊂为了确定切割器的往返速度,利用调速电机进行台架试验,调整割刀的往返次数,从100次/min 开始,每次增加100次/min,直到1600次/min,分别记录各点麻秆的推倒率和漏切率㊂分析图1中麻秆推倒率曲线和漏切率曲线,当割刀往返次数较低时,麻秆没有及时被割断就被前进的机器推倒;随着割刀往返次数的增加,漏切率和推倒率都随之降低,在割刀往返次数在700~900次/min 时,漏切率和推倒率最低,此时切割效果最好,麻秆顺利被切割;当割刀往返次数继续增加,推倒率急剧增加㊂因此,割刀往复速度初步选取在700~900次/min㊂图1㊀割刀往返次数对推倒率㊁漏切率的影响㊀㊀2.2㊀输送带输送速度对麻铺质量的影响根据先前的设定,在工业大麻(纤维)联合收割机前进速度8~10km /h 时,初步选定割刀往复取800次/min,输送带速度影响放铺质量㊂当输送带速度过慢时,容易造成麻秆拥堵;输送速度过快时,麻铺根差大,麻秆参差不齐㊂为此,对收获部件进行田间试验,从图2综合麻铺线性根差曲线和拥堵次数曲线可以看出,当输送速度在5~6m /s 范围2024年第4期农机使用与维修23㊀内,放铺效果最好;当输送速度继续加大,虽然不出现拥堵状况,但是麻铺线性根差加大,对后续的捆麻作业产生影响㊂2.3㊀收获机机架与垂直方向的倾角α对试验指标的影响工业大麻(纤维)收获作业时,工业大麻(纤维)收获机机架需要与垂直方向上保持一定的夹角α,不同的α角对收获作业效果有不同的影响,α角过小,麻秆进入情况不好;α角过大,收获机直接将麻秆推倒,无法进行收获作业㊂图2㊀输送带输送速度对机器拥堵次数和麻铺线性根差的影响㊀㊀从图3可以看出,推倒和漏切的情况主要分布在8ʎ~12ʎ以外的区间,这说明割台倾角α在10ʎ时收获效果比较好,8ʎ和12ʎ次之㊂图3㊀割台倾角α对收获效果的影响3㊀结论本研究通过理论分析和试验工作,成功优化了工业大麻(纤维)联合收获机收获装置参数,以提高工业大麻(纤维)的收获作业效率和质量㊂1)工业大麻(纤维)联合收获机收获装置作业参数最优范围:输送带输送速度5~6m /s;割刀往复速度700~900次/min;割台倾角α在8ʎ~12ʎ㊂2)收获装置作业效果最优的参数组合为输送带输送速度5.5m /s㊁割刀往复速度800次/min㊁割台倾角α为10ʎ㊂本文通过台架试验和田间试验获得了理论上的最优参数组合,提升了优化效率,实现v 带㊁n ㊁α目标的优化设计㊂参考文献:[1]㊀薛忠,宋德庆,郭向明,等.圆盘式基秆切割器研究进展[J ].农机化研究,2014,36(5):239-243.[2]㊀李仲恺,谢方平,刘科,等.油菜收获圆盘式切割器的设计与性能试验[J ].湖南农业大学学报(自然科学版),2014,40(1):83-88.[3]㊀刘兆明.圆盘式蓖麻切割器的设计及试验研究[D ].长沙:湖南农业大学,2011.[4]㊀任露泉.试验设计及其优化[M ].北京:科学出版社,2009.[5]㊀陈达.寒地工业大麻茎秆力学特性试验研究[D ].大庆:黑龙江八一农垦大学,2021.[6]㊀向伟,马兰,刘佳杰,等.工业大麻生产全程机械化技术研发现状与展望[J ].中国麻业科学,2021,43(6):320-332.[7]㊀张媛媛,公衍峰,徐宏扬,等.工业大麻(纤维)收获机用多层分麻装置设计及试验[J ].农业机械,2021(11):86-87+90.[8]㊀刘伟光,王志远,张媛媛.工业大麻(纤维)收获机防缠扶禾装置设计研究[J ].农业机械,2021(10):93-94+97.[9]㊀公衍峰,张媛媛,王孝波,等.工业大麻(纤维)收获机切割部件设计[J ].农业机械,2021(9):96-97+100.[10]付乾坤,付君,陈志,等.秸秆捡拾打捆机振动去土作业参数优化[J ].农业工程学报,2018,34(8):26-33.[11]牟雪雷,王春海,潘超然,等.工业大麻收获技术及机具研究[J ].农机使用与维修,2022(3):10-12.[12]黄继承,沈成,纪爱敏,等.工业大麻收割机切割-输送关键部件作业参数优化[J ].吉林大学学报(工学版),2021,51(2):772-780.(02)。
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Instrument No.
1 割台机架
沃得锐龙
2 弹簧
3 力锤
086D05
4 三向加速度传感器
356A16
5 数据采集仪
DH5902
6 动态信号分析系统
DH5902
7 模态分析软件
DHMA
数量 Quantity
1 4 1 10 1 1 1
模态试验过程为：将栓有 4 根弹簧的割台机架 吊起，保证割台机架平衡悬置于空中。在割台机架 上布置相应的测点，将三向加速度传感器吸附于所 布置的测点处。连接力锤、三向加速度传感器、数 据采集仪和动态信号分析系统。用力锤敲击割台机 架上的激振点。力锤上的传感器将激励信号传输至
中图分类号：S225
文献标志码：A
文章编号：1002-6为，徐立章，等. 联合收获机割台机架结构参数优化[J]. 农业工程学报，2014，30(18)：30－37.
Li Yaoming, Li Youwei, Xu Lizhang, et al. Structural parameter optimization of combine harvester cutting bench[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(18): 30－37. (in Chinese with English abstract)
a. 1 阶振型（12.21 Hz） a. 1st order mode (12.21 Hz)
b. 2 阶振型（29.54 Hz） b. 2nd order mode (29.54 Hz)
由于割台机架整体构件的厚度在 1.2～3 mm 之 间，为了便于后续网格划分的科学性和准确性。建 模时采用片体构建模型。
在对所建立的模型进行网格划分时，定义模型 材料为轧钢（Q235A），弹性模量为 210 GPa，密 度为 7 850 kg/m3，泊松比为 0.3。由于模型厚度在
1.2～3 mm 之间，则定义物理属性为壳体（pshell）， 默认厚度分别为 1.2、3 mm，网格采用 2D 扫掠网 格，定义单元属性为 CTRIA6，单元大小为 3 mm， 分区域对模型进行网格划分。最终得到单元总数 105 461，节点总数 212 452。 1.2 割台机架模态分析
本文利用三维建模软件 UG 对沃得锐龙型割 台机架进行参数化建模，通过其高级仿真模块求解 出机架的模态参数，并通过模态试验予以验证。在 对比分析割台机架固有频率与外部激振频率特点 的基础上，提出割台机架的横梁、弯梁、底板、侧 板等结构的优化方案；并通过更改割台传动轴平衡 配重质量，降低割台传动轴轴承座振动位移幅值， 改善联合收获机工作时的整机动态性能。
图 1 联合收获机割台机架模型 Fig.1 Model of harvester cutting bench
利用三维软件 UG 对割台机架进行参数化建 模。并对其做出如下简化[10-12]：1）不考虑焊接处 材料特性的变化，其材料特性与周围构件相同；2） 去掉直径小于网格尺寸的圆角、小孔等对模型质量 影响不是很大的细节；3）忽略掉对结构刚度与强 度影响较小的纯工艺上的焊接翻边。
第 30 卷 第 18 期 30 2014 年 9 月
农业工程学报 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
Vol.30 No.18 Sep. 2014
联合收获机割台机架结构参数优化
李耀明 1，李有为 1，徐立章 1，胡必友 2，王 瑞 1
特点的基础上，使割台机架固有频率避开外部激振频率范围，并对机架进行结构优化与试验。试验结果表明：将
割台机架横梁、弯梁厚度减少 0.2 mm，底板、侧板厚度减少 0.4 mm 时，割台机架质量降低了 14.02%，前 4 阶模
态频率均避开了联合收获机各激励频率范围；将割台传动轴平衡配重块质量增加 254.90 g，使得割台传动轴轴承
收稿日期：2014-07-07 修订日期：2014-09-23 基金项目：国家“863”计划资助项目（2012AA10A502）；江苏省高校 优势学科建设工程资助项目（苏财教（2011）8 号） 作者简介：李耀明（1959－），男，江苏张家港人，博士，教授，博士 生导师，主要从事农业机械设计及理论研究工作。镇江 江苏大学现代 农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，212013。 Email：ymli@
图 3 模态试验基本原理图 Fig.3 Basic principle diagram of modal test
2.2 试验设备与方法 试验所需的试验设备如表 1 所示。
表 1 模态试验设备
Table 1 List of test equipments
编号
设备名称
设备型号
No.
Instrument
1 割台机架有限元建模与分析
1.1 割台机架有限元建模 选取沃得锐龙 4LZ-2.5B 型履带式联合收获机
第 18 期
李耀明等：联合收获机割台机架结构参数优化
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割台作为研究对象，其割台机架沿收获机前进方向 长为 685 mm，宽为 1 950 mm，主要由 Q235 低碳 结构钢成型的方钢、角钢及钢板以焊接的方式刚性 联接而成。模型如图 1 所示。
所建立的模型结构共 329 个节点。对应模型结 构中的节点位置，在模态试验中布置 329 个测点， 充分地定义了割台机架的轮廓形状。
第 18 期
李耀明等：联合收获机割台机架结构参数优化
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2.4 试验结果与分析 将经由动态信号分析系统计算的响应函数通
过模态分析软件进行分析，并将模态参数数据匹配
于所建立的试验模型中，最终得到割台机架的固有 频率和振型等系统的模态参数，提取割台机架的前 四阶固有频率和振型，结果如图 5 所示。
小是减小机器振动的关键因素。唐宾[7]通过对滑块 式切割机构进行动力学分析和研究，用三维直角坐 标确定了机构中各构件位置，建立了曲柄、滑块、 切割器的运动模型，并利用程序计算得到最优位置 和最合理的配重质量，优化了切割器的配重。李燕 等[8]通过对联合收获机割台框架的三维建模和有限 元分析得到了割台框架的前 10 阶模态频率和振型， 为 框 架 结 构 的 改 进 提 供 了 理 论 依 据 。 Takashi Fukushima[9]构建了配备有曲柄滑块机构的联合收 割机割刀驱动系统的碰撞振动模型，并通过试验得 出了该驱动系统平衡配重质量大小与动刀和连杆 臂的端部间隙大小无关的结论。以上相关研究，在 割台减振方面取得了部分成果，但并没有分析联合 收获机外部激振对割台产生的影响，也未根据外部 激振对割台机架进行优化与分析。
a. 割台自由悬置 a. Free suspension of cutting
table
b. 力锤敲击点 b. Percussion point
1.割台机架 2.弹簧 3.力锤 4.三向加速度传感器 5.数据采集
仪 6.动态信号分析系统
1. Cutting bench 2. Spring 3. Impulse hammer 4. Acceleration
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农业工程学报
2014 年
图 2 计算模态的固有频率及对应振型云图 Fig.2 Natural frequencies and vibration mode shapes by modal calculation
数据采集系统中，同时，所布置的三向加速度传感 器将系统响应信号也传输至数据采集系统中。经由 动态信号分析系统的处理，得到系统响应函数。所 得响应函数通过模态分析软件分析，最终得到割台 机架的固有频率和振型等系统的模态参数，割台模 态试验方法如图 4 所示。
为了探索联合收获机割台的振源，降低联合收 获机割台的振动强度，国内外学者对此开展了相关 的研究工作。朱聪玲等[4-5]通过对联合收获机割台的 动力学分析，证明割台传动系统不平衡的惯性力是 引起割台振动的主振源，并提出在割台支承座处安 装摆环箱，在切割器主传动轴处增加质量配重从而 改善了割台的工作性能。DC Slaughter 等[6]提出， 附加在割刀传动系统曲柄处的平衡块的位置和大
sensor 5. Data collection instrument 6. Dynamic signal analysis
system
图 4 割台模态试验现场
Fig.4 Test site conditions
2.3 割台机架测点布置 对割台机架进行模态试验之前，先在模态分析
软件中建立割台机架的模型，其模型是根据割台机 架实体上布置测点所建立。为保证测量信号有较高 的信噪比，测点的布置应遵循以下原则[14-15]：测点 应为外力作用点、结构交连点和重要响应点，并能 显示实体的整体形状。
0引言
联合收获机割台机架是承载切割、拨禾轮、割 台搅龙等重要零部件的关键结构。在收获过程中主 要受到割刀机构的惯性不平衡力、切割作物的冲击 载荷、拨禾轮和割台搅龙的工作载荷、发动机激励、 以及路面激励等动载荷，如果其某阶固有频率与所 受动载荷的频率接近，则联合收获机整个割台将会 产生共振，乃至带动联合收获机整机产生较大的振 动。共振产生的动应力会严重影响联合收获机的工 作性能、使用寿命、可靠性以及人体舒适性，因此 对割台机架的振动研究尤其重要[1-3]。
座处沿联合收获机前进方向、上下方向位移振动幅值分别降低了 25.70%和 12.70%，并有效避免了割台共振的产
生。该文的研究结果为降低联合收获机割台振动提供了设计依据。
关键词：联合收获机；试验；优化；割台机架；有限元分析
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.18.004
1. 竖梁 1 2.纵梁 1 3.竖梁 2 4.侧板 1(2 个) 5.横梁 1 (2 个) 6.竖 梁 3 7.横梁 2 8.竖板 1 9.竖梁 4 10.弯梁 1(3 根) 11.底板 1 1. Verticalbeam 1 2. Stringer 1 3. Verticalbeam 2 4. Side1 (two) 5. Crossbeam 1 (two) 6. Verticalbeam 3 7. Crossbeam 2 8. Risers1 9. Verticalbeam 4 10. Bending beam (three) 11. Floor 1