4U-1400型马铃薯联合收获机的设计

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马铃薯联合收获机控制系统设计

马铃薯联合收获机控制系统设计本文主要介绍一款马铃薯联合收获机控制系统的设计。

该系统采用了先进的控制技术，能够实现高效率、高品质的收获作业。

一、系统结构图该控制系统由三部分组成：机械部分、电气部分、控制器部分。

其中，机械部分主要包括：收获机车体、马铃薯挖掘器、清洗机、输送机等；电气部分包括：各种电气元件以及线路等；控制器部分包括：PLC 控制器、触摸屏、电机控制器等。

二、系统功能介绍1.自动控制该控制系统具有自动控制功能，可以根据不同的作业需求进行智能调整。

例如，在收获时，可以根据土壤湿度、小麦成熟度等因素自动操纵挖掘器，确保收获过程的准确性与高效性。

2.多模式控制该控制系统可以在多种模式之间进行切换，例如自动模式、手动模式、故障模式等等。

在自动模式下，系统可以自动调整控制参数，保证收获车的平稳运行；在手动模式下，驾驶员可以手动操纵车辆进行收获作业；在故障模式下，系统会自动切换到安全模式保证驾驶员安全。

3.在线监测与维护该系统可以通过互联网传输数据，实现远程监测和维护。

工作人员可以在远程控制中心通过互联网对系统进行实时监测，及时解决问题，保障设备运行的稳定性。

三、系统实现该系统采用了传感器、执行器、运动控制器等元器件，通过 PL C控制器、触摸屏等进行整体控制。

通过考虑到作业要求，以及设备稳定性和可靠性等响应因素，设计了合理的控制逻辑。

四、系统优势1.高效率该控制系统能够自动调整控制参数，实现高效率的作业。

收获机能够自动调整挖掘器的深度和速度，同时进行土壤剥离等操作。

清洗机和输送机也能够实现自动化作业，提高效率和质量。

2.安全高效该控制系统可以自动切换到安全模式，确保驾驶员和设备的安全。

控制器具有优秀的抗干扰性和可靠性，大大降低了故障率和维修成本。

3.智能化该控制系统具有智能化的特点，可以在不同的场景中自主调整控制参数，提升设备的可适应性。

同时，也预留了协议拓展的接口，以适应系统的扩展和更新需求。

马铃薯收获机的设计说明

1马铃薯收获机的分析1.1马铃薯收获机研究的目的和意义马铃薯是我国继小麦、水稻、玉米之后的第四大作物，主要分布在、、、蒙、、、、、、、等省区，年产鲜薯近 6000多万吨。

我国马铃薯种植面积以 10 万 hm2/年的增长速度逐年增加，2001 年达到 472 万hm2，产量居世界第 1 位[1-2]。

我国是马铃薯生产第一大国，但却是马铃薯成果转化比较差的国家。

据联合国粮农组织报告，我国马铃薯平均产量仅为 13.9t/hm2，而欧美发达国家平均单产 35～43t/hm2。

世界马铃薯中心的研究表明：在世界围对马铃薯的需求到2020年将有望增长 20%，超过水稻、小麦、玉米的增长。

届时发展中国家对马铃薯的需求将是 2000 年的 2 倍[3-5]。

随着市场对马铃薯需求的不断增加，国外一些大公司纷纷在中国从事马铃薯生产与加工业务，国一些生产企业也纷纷加入这一领域，使得马铃薯生产开始向生产基地规模化、标准化迈进[6]。

然而，一个残酷的现实却是，占生产总用工 70%以上的马铃薯收获作业至今基本上还是停留在传统的人工割秧、镐头刨薯、人工捡拾的阶段，严重影响了马铃薯的规模生产，使之远远满足不了市场的需求。

伴随种植面积和产量的增长，马铃薯收获成为一个重要的研究课题。

国外对马铃薯收获机械研究投入了相当大的人力和物力。

我国现阶段的马铃薯收获机还是以简单挖掘人工拣拾为主。

而国外已经实现了机械化与自动化的结合，将液压技术、振动分析、电子技术、传感器技术应用于作业机械中，大降低了劳动者的工作强度。

1.2国外马铃薯收获机的发展现状国外马铃薯收获机械化收获起步早、发展快、技术水平高。

20世记初，欧美国家出现畜力牵引挖掘机来代替手锄挖掘马铃薯、随后改由拖拉机牵引或悬挂。

20年代末出现了升运链式和抛掷轮式马铃薯收获机。

在20世纪40年代初，前联、美国就开始研制、推广应用马铃薯收获机械，50年代末即己实现了机械化。

70～80年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和国亦相继实现了马铃薯作物生产机械化。

马铃薯联合收获机控制系统设计

马铃薯联合收获机控制系统设计马铃薯是一种重要的粮食作物，在全球范围内被广泛种植。

为了提高马铃薯的收获效率，减轻人工劳动强度，减少人力成本，联合收获机被广泛应用于马铃薯的收获过程中。

联合收获机控制系统设计的目标是实现自动化、智能化的收获过程，提高收获效率和质量。

本文将对马铃薯联合收获机控制系统设计进行详细介绍。

马铃薯联合收获机控制系统包括机械系统、电气系统和智能控制系统三个部分。

首先是机械系统。

马铃薯联合收获机的机械系统主要包括收获刀具、输送系统和储存装置。

收获刀具主要用于切断马铃薯的地上部分，将地下部分暴露在地面上。

输送系统负责将收获的马铃薯送到储存装置中。

储存装置主要用于存放收获的马铃薯，保证其新鲜度和质量。

机械系统的设计需要考虑到收获过程中的震动、冲击和摩擦等因素，保证系统的稳定性和可靠性。

其次是电气系统。

电气系统主要包括电机、传感器和执行器等设备。

电机驱动收获刀具和输送系统的运动，传感器用于检测马铃薯的位置、质量和状态等信息，执行器用于控制机械系统的运动。

电气系统的设计需要考虑到设备的功耗、电气连接和防护等问题，保证系统的稳定运行。

最后是智能控制系统。

智能控制系统是马铃薯联合收获机控制系统的核心部分，主要包括嵌入式控制器、人机交互界面和控制算法。

嵌入式控制器是控制系统的核心，负责收集传感器的信息，根据控制算法判断马铃薯的状态，并控制电机和执行器的运动。

人机交互界面提供给用户直观的操作界面，可以监控和控制整个系统的运行。

控制算法是智能控制系统的关键，可以根据马铃薯的形状、颜色和纹理等特征，实现自动判断和分类，提高马铃薯的收获效率和质量。

马铃薯联合收获机控制系统设计涉及到机械系统、电气系统和智能控制系统三个方面。

通过合理设计和优化，可以实现马铃薯的自动化、智能化收获，提高收获效率和质量，减轻人工劳动强度，降低人力成本。

随着科技的不断发展，马铃薯联合收获机控制系统将越来越智能化，为农业生产带来更多的便利和效益。

4UJ-1400马铃薯捡拾机的研制

4UJ-1400马铃薯捡拾机的研制杨金砖;李国民;刘兴博;陈维刚【摘要】挖掘放铺后的马铃薯虽然大部分裸露在田间地表,但依然存在与土块、薯秧等不分层次的混杂现象,在土壤黏重地区甚至会有一半又重埋进土壤里,即使人工捡拾往往也要动用耙类工具辅助分离,如果操作不当又会伤薯,费工费力.因此,急需一款马铃薯捡拾机代替人工完成捡拾、分离和装袋(装车),从而提高工作效率,节省劳动力.4UJ-1400马铃薯拣拾机是在马铃薯挖掘机将马铃薯挖掘条铺后,进行集中捡拾、除杂、装袋作业.具有捡拾率高、作业速度快、结构紧凑、重量轻、动力消耗小、不伤薯等特点.该机带有强制推送装置,能将马铃薯进行大角度提升,除土效果好,还带有除杂草功能.机具两侧带有踏板,便于人工分拣、除杂操作.【期刊名称】《农机使用与维修》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】3页(P5-7)【关键词】捡拾;分离;除杂;装袋【作者】杨金砖;李国民;刘兴博;陈维刚【作者单位】黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081;黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081;黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081;黑龙江省农业机械工程科学研究院,哈尔滨150081【正文语种】中文【中图分类】S2250 引言目前，我国马铃薯主产区广泛采用机械挖掘、人工捡拾、分级装袋(装运上车)的分段收获模式,主要因为收获过程中普遍存在薯土分离、薯秧分离、薯杂分离、薯薯分级难的现实问题，简化了收获机械结构，加快了半机械化(挖掘放铺)作业方式的推广。

然而，随着人工成本的大幅上升以及农忙时节劳动力严重短缺等问题越发突出，广大种植户迫切需要机械化解决挖掘后的人工捡拾装袋装车等问题。

为此，我们通过对捡拾、分离、装袋(装车)等关键部件的创新设计及试验研究，确定了可适应不同地区、不同土壤条件、不同品种以及不同种植模式的新型零部件，开发出适合规模化种植要求且能与现有大多数挖掘机配套的马铃薯捡拾机，解决了马铃薯收获过程中以机械代替人工捡拾的关键性技术难题。

4UFD–1400型马铃薯联合收获机薯秧分离装置设计与试验研究

4UFD–1400型马铃薯联合收获机薯秧分离装置设计与试验研究4UFD–1400型马铃薯联合收获机薯秧分离装置设计与试验研究摘要：本文主要研究了4UFD–1400型马铃薯联合收获机薯秧分离装置的设计和试验。

通过分析马铃薯的种植和收获过程中存在的问题，设计了一种新型的薯秧分离装置，并进行了相应的试验验证。

试验结果表明，新型装置能够有效地分离马铃薯薯秧，提高了收获效率和质量。

关键词：马铃薯联合收获机、薯秧分离、设计、试验研究 1. 引言马铃薯是世界上重要的食用作物之一，对于国内农业生产和粮食安全具有重要意义。

在马铃薯的种植过程中，薯秧的分离是一个重要的环节。

传统的人工分离方法效率低、成本高，难以满足大面积种植需求。

因此，研究一种高效、自动化的薯秧分离装置对提高马铃薯种植效率具有重要意义。

2. 物理参数分析和设计方案根据马铃薯薯秧的特点和分离过程中存在的问题，我们设计了一种基于物理力学原理的薯秧分离装置。

该装置主要由输送带、分离器、抖动器和控制系统组成。

在设计过程中，我们考虑了马铃薯的形状、尺寸、重量等物理参数，以及分离速度和分离效果等因素。

3. 装置试验为了验证新型薯秧分离装置的效果，我们进行了一系列试验。

首先，我们使用不同类型和尺寸的马铃薯对装置进行了测试。

试验结果表明，装置能够适应不同类型和尺寸的马铃薯，并且具有较好的分离效果。

其次，我们对装置的分离效率进行了测定。

结果显示，新型装置的分离效率明显高于传统的人工分离方法，能够有效地提高收获效率。

最后，我们对装置进行了稳定性和耐用性的测试，结果显示装置具有较好的稳定性和耐用性，能够适应长时间、大面积的使用需求。

4. 结果与分析通过试验研究，我们得出了以下结论：4UFD–1400型马铃薯联合收获机薯秧分离装置能够有效地分离马铃薯薯秧，提高了收获效率和质量。

该装置具有良好的适应性，能够适用于不同类型和尺寸的马铃薯。

同时，装置具有较高的稳定性和耐用性，能够满足长时间、大面积的使用需求。

4UFD-1400型马铃薯联合收获机升运系统改进设计

4UFD-1400型马铃薯联合收获机升运系统改进设计1. 引言马铃薯是世界上重要的粮食作物之一，具有广泛的应用价值及消费市场。

马铃薯联合收获机在现代农业生产中起着重要的作用。

然而，4UFD-1400型马铃薯联合收获机升运系统存在着一些问题，如效率不高、操作复杂以及易发生故障等，因此有必要对其进行改进设计，以提高其性能和可靠性。

2. 主要问题2.1 效率低下原有的升运系统存在着效率不高的问题。

运输板链速度慢，容易出现堵塞现象，导致物料输送不畅，工作效率低下。

2.2 操作复杂原有的升运系统操作繁琐，需要频繁调整各部件的位置和角度，对操作人员的技术要求较高。

操作不当容易导致故障，增加工作风险。

2.3 容易发生故障原有的升运系统易发生故障，主要由于配件磨损严峻、润滑不良以及系统设计不合理等原因引起的。

3. 改进设计3.1 提高运输板链速度通过提高运输板链的传动速度，可以加快物料的运输速度，防止堵塞现象的发生。

同时，增加运输板链的宽度，可以增加物料的承载量，提高工作效率。

3.2 优化系统结构对原有的升运系统结构进行优化设计，缩减部件的数量和毗连接点，简化操作步骤。

使用电动机和传感器等先进的自动化设备，实现系统的自动控制，缩减人工干预，提高操作的便捷性和可靠性。

3.3 接受优质材料和合理润滑使用耐磨材料制作关键部件，缩减部件磨损程度，延长使用寿命。

在系统中加入合适的润滑剂，提供良好的润滑效果，降低部件之间的摩擦，缩减故障的发生概率。

4. 设计效果与优势4.1 提高工作效率通过提高运输板链速度和优化系统结构，可以大幅提高马铃薯联合收获机的工作效率。

物料输送更加顺畅，缩减了堵塞现象的发生，同时操作简便，降低了人为因素带来的工作风险。

4.2 提高可靠性接受优质材料制作关键部件和合理润滑系统，可以缩减部件磨损和摩擦，延长系统的使用寿命。

自动化控制系统缩减了人为操作的频率，降低故障率，提高了马铃薯联合收获机的可靠性。

马铃薯联合收获机控制系统设计

马铃薯联合收获机控制系统设计马铃薯是我国的重要经济作物之一，也是世界上重要的粮食作物之一。

为了提高马铃薯的生产效率和质量，降低劳动强度，人们在马铃薯的收获过程中引入了机械化设备。

马铃薯联合收获机是一种集土豆挖掘、清理、装车等多功能于一体的农业机械设备，它的控制系统的设计对于机械的正常工作和操作人员的安全十分重要。

马铃薯联合收获机控制系统的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。

硬件设计主要涉及传感器、执行器以及控制器的选择和布置；软件设计主要涉及控制算法的设计以及人机界面的设计。

在硬件设计方面，我们首先需要选择合适的传感器来实时监测机器的工作状态和环境信息。

我们可以使用位置传感器来监测挖掘器的位置，从而控制挖掘的深度；使用压力传感器来监测土壤的硬度，以调整挖掘器的下沉力度。

还可以使用温度传感器、湿度传感器等来监测环境信息，以便对机器进行合理的控制。

在执行器的选择方面，我们需要根据机器的功能来选择合适的执行器。

挖掘器的下降和抬升可以通过液压缸来实现，而清理和装车可以通过电动机和链条来实现。

通过合理地选择执行器，可以保证机器的运行效率和稳定性。

控制器是整个控制系统的核心，它负责接收传感器的信号并根据预设的控制算法来控制执行器的工作。

控制器可以使用微处理器、单片机或者可编程逻辑控制器（PLC）来实现。

在选择控制器时，需要考虑其运算速度、计算能力和可靠性等因素，以适应不同的控制要求。

在软件设计方面，控制算法是关键。

根据马铃薯的生长特点和机器的工作原理，可以设计出一套合理的控制算法。

马铃薯生长的不同阶段需要不同的挖掘深度和下沉力度，可以根据土壤硬度和马铃薯尺寸来动态调整。

还需要考虑到机器的安全性，例如在发生紧急情况时，机器应该能够立即停止工作以确保操作人员的安全。

人机界面的设计是为了方便操作人员对机器进行监控和控制。

可以使用液晶显示屏或者触摸屏来显示机器的工作状态和控制参数，并通过按钮或者触摸屏上的菜单来进行操作。

4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究

4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究马铃薯是一种重要的粮食作物，其地下块茎富含淀粉，是食品工业和淀粉工业的重要原料。

随着农业机械化的不断推进，马铃薯联合收获机的设计与研究愈发重要。

本篇文章将介绍4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究成果。

4U-1600型马铃薯联合收获机是一种多功能的农业机械装备，主要用于马铃薯的机械化种植和收获。

该机设计先进，结构合理，具备多项创新技术。

首先，该机采用了自走式悬挂底盘，便于在不同地形和复杂条件下的作业；其次，配备了一套高效的挖掘装置，能够实现对马铃薯地下块茎的非破坏性挖掘，减少损失；另外，该机采用了自动化控制系统，可以实现对作业参数的实时监测和调整，提高作业效率和稳定性。

4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究主要涵盖以下几个方面。

首先，对尺寸和外形进行优化设计。

该机整体尺寸合理，不仅便于搬运和储存，同时也具备稳定性和操作性。

外形设计方面，该机采用了美观大方的设计理念，展现了现代农业机械的风范。

其次，对挖掘装置进行优化设计。

挖掘装置是该机的核心部件，对挖掘效果和损失程度有着直接影响。

通过合理设计排列挖掘刀盘，合理设置挖掘速度和挖掘深度，以及使用划分块茎的挖掘方式，可以有效减少马铃薯的损失和破坏。

再次，对输送装置进行优化设计。

输送装置是将挖掘的马铃薯送至机器外部的关键组件。

通过合理设置输送带的长度和宽度，以及优化输送带的传送速度和传送方向，可以确保马铃薯在输送过程中的平稳和减少损失。

最后，对控制系统进行优化设计。

控制系统是该机的智能核心，通过采集和监测作业参数，实现对机器的自动控制和调整。

通过高精度传感器的使用，可以实现对挖掘深度、输送速度和作业稳定性等参数的实时监测和调整，提高机器的作业质量和效率。

总结起来，4U-1600型马铃薯联合收获机的设计与研究成果表明，该机具备先进的功能和结构，可以满足马铃薯种植和收获的需求。

基于 AHP 法的4 U-1400马铃薯收获机机械结构的设计

０引言
马铃薯是世界上重要的粮食兼用型作物，与小
麦、水稻和玉米并称为四大粮食作物。中国是世界上马铃薯生产大国，但非生产强国。作为一种重要的经
收获机提出如下具体要求： ①适应性强，可用于行距１２００ｍｍ以内的各种栽培模式下的大中型地块。② 能够集薯块挖掘、土薯分离、茎秆杂物分离、薯块升运与
一
２功能原理的设计
根据设计方法学中功能原理的设计要求，从要实
现的功能人手，将设计对象马铃薯联合收获机系统看
成是一个不透明的、不知其内部结构的 “ 黑箱 ” ，集中分析系统的总功能Ｊ。利用黑箱法（见图１），得出４Ｕ
收稿日期：２０１４ — １１ — ０４
马铃薯
ｉ：壤
壤
硬度
湿度
图１马铃薯收获机黑箱模型
Ｆｉｇ．１Ｂｌａｃｋｂｏｘｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｏｔａｔｏｈａｒｖｅｓｔｅｒ
的最优设计方案。
关键词：机械设计方法学；马铃薯收获机；层次分析法
中图分类号：Ｓ２２５．７１文献标识码：Ａ文章编号：１００３－１８８Ｘ（２０１５）１１－０１３８－０４

4U-1400FD型马铃薯联合收获机挖掘铲的参数优化

4U-1400FD型马铃薯联合收获机挖掘铲的参数优化李彦晶;魏宏安;孙广辉;刘星【摘要】对4U-1400FD型马铃薯联合收获机的挖掘铲建立牵引阻力的数学模型,在此模型下分析挖掘铲的铲面倾角、作业速度、挖掘深度、铲体长度等因素对挖掘铲牵引阻力的影响.结果表明:挖掘铲参数的最佳组合为铲面倾角20°,铲体长度470 mm,铲宽1 400mm.通过田间试验,该挖掘铲的性能符合规定的指标.【期刊名称】《甘肃农业大学学报》【年(卷),期】2011(046)005【总页数】5页(P132-136)【关键词】马铃薯联合收获机;挖掘铲;牵引阻力;参数优化【作者】李彦晶;魏宏安;孙广辉;刘星【作者单位】甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070;甘肃农业大学工学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】S225.7+1马铃薯是一种世界性经济作物，中国是全世界马铃薯种植面积最大的国家.近些年来，随着马铃薯种植面积的不断扩大，马铃薯收获机也在快速发展［1－3］.挖掘是马铃薯收获过程中的首要工序，而挖掘装置是马铃薯收获机的核心部件之一，其性能对收获机的整机性能起着决定性的作用［4］.在挖掘过程中，挖掘铲是一个非线性动力系统，其参数设计直接影响着挖掘阻力的大小，进而影响收获机的动力消耗，从而影响马铃薯的挖净率、伤薯率等收获性能指标.如何减小挖掘过程中的牵引阻力是挖掘部件研究设计中的主要内容和技术关键.本文在挖掘铲与土壤作用力学模型的基础上分析4U－1400FD型马铃薯联合收获机挖掘铲各工作参数对挖掘铲牵引阻力的影响，旨在为整机的优化提供理论依据.1 4U－1400FD型马铃薯联合收获机挖掘装置1.1 挖掘装置结构甘肃农业大学工学院研发的4U－1400FD型分级装袋式马铃薯联合收获机的挖掘装置主要由仿形碎土辊、挖掘铲、切土圆盘、仿形碎土辊调节杆和铲架组成，结构如图1所示.图1 挖掘装置结构Fig.1 Structure of digging device1.2 挖掘过程4U－1400FD型马铃薯联合收获机在挖掘过程中，先由挖掘铲铲刃切开土壤的薯层，然后将薯垄掘起，薯垄沿着挖掘铲向上滑行，经过剪切碎裂到防石扇.下层破碎疏松的土壤开始下漏，剩下松碎的土薯混合物沿防石扇顺利进入输送和分离装置.1.3 结构特点为了改善挖掘部件的工作质量，使其挖净率高，伤薯率低，壅土少，收获机的工作阻力小，4U－1400FD型马铃薯联合收获机挖掘装置创新了设计结构（图1）.在该收获机的挖掘装置中，仿形碎土装置和切土挖掘装置总成与机架通过平行四杆结构相连，通过仿形碎土辊破碎地表土块并调节挖掘深度，利用拖拉机液压输出和收获机液压操作装置调节仿形碎土和切土挖掘装置总成高度，从而保持不同挖掘深度下收获机纵向呈水平状态和挖掘铲入土角不变，以满足马铃薯收获、顺利分级、田间掉头、转移及运输行走的要求.4U－1400FD型马铃薯联合收获机的挖掘铲为分体式三阶平面组合结构，纵向剖面呈“～”形，提高了入土和碎土能力，其结构如图2所示.铲刃、二阶铲面和防石扇共同构成一个纵向复合曲面，其中防石扇由开口板和限位板焊合而成，铰接于心轴上.它的功用是若挖掘铲后纵向输送链上有残秧杂物尤其是石块回带时，可绕其连接销向上翻转，以防止石块损坏挖掘铲.图2 挖掘铲结构Fig.2 Structure of digging blade2 4U－1400FD型马铃薯联合收获机挖掘铲的动力学分析2.1 挖掘铲牵引阻力力学模型的建立马铃薯联合收获机挖掘铲的作业对象除马铃薯之外，还有土壤.土壤的强度、含水率、附着力、内聚力因数，外摩擦因数、内摩擦因数、密度等是影响挖掘性能的土壤物理机械性质［5－6］.分别以挖掘铲、土壤为研究对象进行的受力分析（图3～4），其中N0为挖掘铲的法向载荷，N1为作用于前失效面的法向载荷N.图3 土壤受力分析图Fig.3 Load analysis of soil图4 挖掘铲受力分析图Fig.4 Load analysis of digging blade根据图3和图4，把马铃薯联合收获机挖掘铲的工作参数、土壤物理机械性质参数等因素与推动挖掘铲的水平力建立函数关系［7－8］，即挖掘铲在土壤中的牵引阻力力学模型为：式中，G为土块质量（kg）；z为常数；B为土壤的加速力（N），即；γ为土壤的容积密度（kg/m3）；g 为重力加速度（m/s2）；b为铲宽（mm）；d 为挖掘深度（mm），C 为土壤的内聚力（N/cm2）；F1 为土壤剪切面积（m2）；μ 为土壤内摩擦因数，μ＝tanφ，φ为内摩擦角；β为前失效面倾角，即（90°－φ）；Ga为土壤与金属的附着力因数；F0为倾斜耕作部件的面积（mm2）；α为铲面倾角；μ1为土壤与金属的摩擦系数.2.2 挖掘铲主要参数对牵引阻力的影响根据挖掘装置的工作特点，此装置中挖掘铲的主要参数包括设计参数和工作参数［9－10］.其中设计参数有铲面倾角α（°）、铲体长度l0（mm）和铲面宽度b （mm）；工作参数有作业速度ν（m/s）和挖掘深度d（mm）.2.2.1 作业速度对挖掘铲牵引阻力的影响在不同的土壤条件下，土壤的内聚力C、内摩擦角φ和附着力因数Ga取值如表1所示.其中设定的参数分别为：α＝20°，l0＝470mm，b＝1 400mm，d＝200mm，图5是作业速度对挖掘铲牵引阻力的影响曲线.从W1－ν0曲线中可以得出在其它参数一定的情况下，3种土壤中挖掘铲的牵引阻力W1都随着作业速度ν0的增大而逐渐增大，但ν0在0.5～1.5m/s范围内的牵引阻力上升较平缓.因此在考虑生产效率和配套动力的情况下挖掘铲的作业速度ν0应确定在0.5～1.5m/s范围内.表1 土壤机械性质参数Tab.1 Soil mechanical parameters土壤类型 C/（N·cm －2）φ/° Ga/（N·cm－2）0.5 18 5沙壤土 0.3 22 2砂土壤土0.1 20 1图5 作业速度对挖掘铲牵引阻力的影响曲线Fig.5 Eeffect of working velocityon tractive resistance of digging blade2.2.2 铲面倾角对挖掘铲牵引阻力的影响在沙壤土中，其中设定的参数分别为：l0＝470mm，b＝1 400mm，ν0＝0.897m/s，γ＝1 400mm.随着挖掘深度的不同，铲面倾角对挖掘铲牵引阻力的影响曲线如图6所示.W1－α曲线中可以得出，在其它参数一定的情况下，α＜10°时牵引阻力随着α的减小而上升；α＞20°时牵引阻力随着α的增大而上升较快；α在10°～20°范围内牵引阻力上升比较平缓且阻力要比α＜10°时的小.因此挖掘铲的铲面倾角α的合适取值范围为10°～20°.图6 铲面倾角对挖掘铲牵引阻力的影响曲线Fig.6 Eeffect of obliquity on tractive resistance of digging blade2.2.3 挖掘深度对挖掘铲牵引阻力的影响在沙壤土中，其中设定的参数分别为：l0＝470mm，b＝1 400mm，ν0＝0.897m/s，γ＝1 400kg/m3.随着铲面倾角的不同，挖掘深度对挖掘铲牵引阻力的影响曲线如图7所示.从W1－d曲线中可以得出，在铲面倾角、土壤性质等参数一定的情况下，挖掘深度越大，挖掘铲的牵引阻力就越大.因此在满足马铃薯的生长条件和挖净率的前提下，挖掘深度d的合适取值范围为150～300mm（马铃薯块茎通常分布在地表以下150～280mm）.图7 挖掘深度对挖掘铲牵引阻力的影响曲线Fig.7 Eeffect of digging depth on tractive resistance of digging blade2.2.4 铲体长度对挖掘铲牵引阻力的影响在沙壤土中，设定的参数分别为：α＝20°，b＝1 400mm，d＝200mm，γ＝1 400kg/m3.随着作业速度的不同，挖掘铲铲体长度对挖掘铲牵引阻力的影响曲线如图8所示.从W1－l0曲线中可以得出，在土壤特性等参数一定的情况下，挖掘铲的牵引阻力随着铲体长度的增大而增大，l0在430～470mm的范围内牵引阻力变化比较缓慢.掘起物沿挖掘铲铲面向上滑移的过程中，其受力包括：掘起物的重力G、挖掘铲与土壤间的摩擦力F、沿着挖掘铲移动掘起物所需的力P和挖掘铲对土壤的反作用力N，其受力分析简图如图9所示.铲面可分为l1、l2和l33段，当掘起物沿铲面以速度ν0向上滑移时，其动能为E＝，此时使其向上滑移所需要的总能量和做消耗的摩擦功 Af＝mgl3μcosα2 和增加的势能 Ag＝mgl3sinα2是守恒的.故根据能量守恒定律E＝Af＋Ag得出挖掘铲的总长度l0为：掘起物沿着挖掘铲向上滑移的过程中相对速度逐渐降低，等降为零时掘起物停滞不前出现了严重的壅土现象.当ν0 分别为0.897m/s和1.34m/s时，此挖掘铲的总铲长l0 分别为457.1、502.9mm.本机要求挖掘铲在保证掘起物提升高度的前提下，总长度要尽可能的短，所以铲体总长度l0比理论的最大计算值要有所减小.这样以保证掘起物在铲的末端相对速度不会减小到零，使掘起物输送到后面的土署分离装置上，减少壅土.故铲体长度l0的适合取值为470mm.图8 铲体长度对挖掘铲牵引阻力的影响曲线Fig.8 Eeffect of blade length on tractive resistance of digging blade图9 挖掘铲受力分析简图Fig.9 Load analysis of digging blade3 田间收获性能试验田间试验在甘肃省定西市安定区香泉镇进行.在收获前2周，试验地先用割秧机除去茎秆，地表仍有部分杂草覆盖，地势平坦，无障碍物，土壤含水量为15%，垄高260mm，行距为300mm，垄宽600 mm，沟宽为350mm，株距为300mm，结薯深度为150～280mm.土壤类型为沙壤土，土壤质量密度为1 400kg/m3.配套动力为约翰迪尔654拖拉机，功率为47.8kW.试验结果表明：该机挖掘铲入土和碎土性能好；铲面不粘土、不壅土，土垡后送顺畅；与带杆式土薯分离装置配合，土薯分离效果好；薯块挖净率η≥97%，伤薯率η≤5%，符合设计要求及国家农业行业标准《NY/T 648－2002马铃薯收获机质量评价技术规范》规定的指标.4 结论在挖掘铲参数设计中，考虑到土壤类型、土壤物理机械性质等因素，建立了挖掘铲与土壤作用的力学模型.在此模型下分析讨论了挖掘铲各工作参数对挖掘铲牵引阻力的影响，得出4U－1400FD马铃薯联合收获机挖掘铲的最佳组合为：铲面倾角20°，铲体长度为470mm，铲宽1 400mm.通过田间试验，此组合式挖掘铲的入土和碎土性能好；铲面不粘土、不壅土，土垡后送顺畅；薯块挖净率、伤薯率符合规定的指标.参考文献［1］单爱军，刘俊杰，崔冰冰.马铃薯收获机现状与发展趋势［J］.农机化研究，2006（4）：19－20［2］张勋.马铃薯生产机械化与产业发展战略［J］.农机化研究，2008（1）：1－6，15［3］Liu J F，Yang X，Feng X J，et al.The design of combined lifter for harvesting potatoes［C］//The International Agricultural Engineering Conference（IACE2002），Southern Yangtze University，Asian Association for Agricultural Engineering（AAAE），2002，28（30）：320－323［4］宋言明.单行牵引式马铃薯联合收获机的研究与设计［D］.甘肃：甘肃农业大学，2008［5］Ito M，Sakai K，Hata S，et al.Damage to the surface of potatoes from collision［A］.Transactions of the ASAE，1994，37（5）：1431－1433［6］陈书法，李耀明，孙星钊.花生挖掘铲动力学分析与试验［J］.农业机械学报，2005，36（11）：59－62［7］吉尔 W R，范德伯奇G E.耕作和牵引土壤动力学翻译组译.耕作和牵引土壤动力学［M］.北京：中国农业机械出版社，1983：102－160［8］贾晶霞.马铃薯挖掘铲参数优化与性能分析［D］.保定：河北农业大学，2003［9］贾晶霞，张东兴，桑永英.马铃薯挖掘铲计算机辅助分析与模拟试验研究［J］.农业工程学报，2006，22（8）：106－110［10］贾晶霞，张东兴.基于计算机模拟的挖掘铲参数优化与试验分析［J］.华中农业大学学报，2005，24（S1）：103－105。

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（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｃ，ａｎｓｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）
ｕｓｅｄｆｏｒｄｒａｗｉｎｇｏｕｔｔｈｅｖｉｔｕｒａｌｓｍｐａｌｅｍａｃｈｉｎｅａｎｄｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｈｅｍｏｄｅｌｖｌｉａｄａｔｉｏｎ．ＴｈｅｒｅＷａｓｎｏｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｂｅｗｅｔｅｎ
４Ｕ一１４００型马铃薯联合收获机的设计
史明明，魏宏安，胡忠强，刘星，杨小平
（甘肃农业大学工学院，甘肃兰州７３００７收获依靠人工或小型挖掘机效率低、劳动强度大等问题，设计了４Ｕ一１４００型马铃薯
第３２卷第１期２０１４年１月
干旱地区农业研究
ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｈｅＡｒｉｄＡｒｅａｓ
Ｖ０１．３２Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１４
Ｄｅｓｉｇｎｏｎｔｈｅ４Ｕ— —１４００ｐｏｔａｔｏｃｏｍｂｉｎｅｈａｒｖｅｓｔｅｒ
ＳＨＩＭｉｎｇ－ｍｉｎｇ，ＷＥＩＨｏｎｇ－ａｎ，ＨＵＺｈｏｎｇ — ｑｉａｎｇ，ＬＩＵＸｉｎｇ，ＹＡＮＧＸｉａｏ — ｐｉｎｇ
ｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｔｈｉｓｈａｒｖｅｓｔｅｒｃｏｕｌｄｉｆｎｉｓｈｔｗｏｒｏｗｓｐｏｔａｔｏｄｉｇｇｉｎｇ，ｃｌｅｎｉａｎｇｓｏｉｌ，ｓｔｌｋａｓ，ｗｅｅｄｎｄａｒｅｓｉｄｕｌａｍｅｍ－ｂｒａｈｅ，ｖｅｔｒｉｃａｌｌｉｆｔｉｎｇｎｄａｂａｇｇｉｎｇｅｔｃｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓａｔｏｎｃｅ．Ａｓａｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｏｂｌｅｍｏｆｐｏｔａｔｏｅｓｂａｇｇｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｉｎｔａｔｂｉｇｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｌｏｗｅｉｃｆｉｅｎｔａｎｄｈｉｇｈｆａｔｉｇｕｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｎｄｏｍｅｓｔｉｃｐｏｔａｔｏｈａｒｖｅｓｔｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｍａｎｕａｌｏｒｓｍａｌｌｅｘｃａｖａｔｏｒ，ｔｈｅ４Ｕ一１４００ｐｏｔａｔｏｃｏｍｂｉｎｅｈａｒｖｅｓｔｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｉｓｈａｒｖｅｓｔｅｒｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄｂｙｄｉｇｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｓｏｉｌ —ｐｏｔａｔｏｓｅｐａｒａｔｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｓｔｌｋａｓｓｅｐａｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ｖｅｒｔｉｃｌａｌｉｋｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｂａｇｇｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｔｒｎｓａ－ｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｆｒａｍｅ，ｒｕｎｎｉｎｇｇｅａｒｎｄａＳＯｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｉｓｈａｒｖｅｓｔｅｒｉｓｖｅｒｙｃｏｍｐａｃｔ．Ｔｈｅｋｅｙｐａ —
联合收获机。收获机主要由挖掘装置、土薯分离装置、茎秆分离装置、垂直提升装置、装袋装置、传动系统、机架以及行走装置等部分组成，结构紧凑。通过运动学分析和试验，确定了各装置的关键参数。运用Ｓｏｈｄｗｏｒｋｓ软件绘制
虚拟样机，进行模型验证，各零部件之间不存在干涉现象。该机可一次性完成２行马铃薯的挖掘、土薯分离、薯秧、
杂草和残膜分离、垂直提升以及装袋等工序，克服了马铃薯收获机装袋技术难题，提高了生产效率。关键词：马铃薯；联合收获机；运动学分析；模型验证；设计
中图分类号：ｓ２２５．７１文献标志码：Ａ文章编号：１０００－７６０１（２０１４）０１ — ０２６３ — ０５