【摘 要】
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马铃薯（Solanum tuberosum）是世界上重要的粮食作物之一,2019年中国的马铃薯产量达到1828万吨。随着马铃薯产业不断发展,马铃薯主粮化战略的不断推进,市场对于马铃薯的收获机械的要求也逐步提高。西南地区是中国马铃薯主产区,但适用于西南地区的自走式马铃薯联合收获机较少。而中小型分段式马铃薯收获机在作业过程中还存在伤薯率高,输送分离效果差等问题。本文依托于云南省重大科技专项计划“山地马
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马铃薯（Solanum tuberosum）是世界上重要的粮食作物之一,2019年中国的马铃薯产量达到1828万吨。随着马铃薯产业不断发展,马铃薯主粮化战略的不断推进,市场对于马铃薯的收获机械的要求也逐步提高。西南地区是中国马铃薯主产区,但适用于西南地区的自走式马铃薯联合收获机较少。而中小型分段式马铃薯收获机在作业过程中还存在伤薯率高,输送分离效果差等问题。本文依托于云南省重大科技专项计划“山地马铃薯全程机械化关键技术与装备研究开发”课题（2018ZC001）,以云南省、重庆市为例,根据西南地区土壤情况,结合种植农艺情况,设计了一款自走式马铃薯联合收获机,具体研究内容如下:（1）资源统计,在云南省、重庆市的马铃薯种植试验地进行实地调研与考察,确定了当地的种植农艺,对当地马铃薯、土壤进行取样,测量相关参数。当地马铃薯种植株距、结薯宽度、薯间行距、垄高平均值为258mm,342mm,367mm,210mm。测定马铃薯密度平均值为1.322g/cm~3,马铃薯三轴尺寸长、宽、厚平均值为100.5 mm,58.7 mm,43.1mm。静摩擦系数为0.416,动摩擦系数为0.386,碰撞恢复系数为7.338。土壤颗粒粒径大小范围在小于1mm,大于等于1mm且小于2mm,大于等于2m且小于5mm,大于等于5mm的质量占比分别为:8.44%,23.12%,37.68%,30.76%。为后续工作部件设计奠定基础,为后续仿真参数设定提供数据支持。（2）提出整机设计方案,整机外形尺寸长宽高分别为4400mm×1700mm×2350mm,根据西南地区当地情况,确定在37k W拖拉机上进行改造,确定整机为单垄双行式收获。整机包括挖掘铲、输送分离装置、横向输送装置、刮板提升装置等工作部件。（3）完成挖掘铲、输送分离装置、横向输送装置、刮板提升装置的设计。通过理论计算,确定各部分装置的工作参数,并使用Ansys-Workbench软件对输送分离装置进行静力学分析与模态分析,并通过实验验证模态分析准确性。（4）通过三维扫描技术对马铃薯进行信息采集,得到点云数据后经过后处理获得马铃薯三维模型。使用EDEM对马铃薯模型进行填充,并结合土壤情况完成马铃薯-土壤复合物的建立,获得与实际情况相符合的马铃薯-土壤复合物模型。（5）建立“马铃薯—土壤—输送分离装置”系统的多体动力学-离散元模型,对实际工作过程中马铃薯-土壤复合物在振动筛的运动进行仿真模拟。通过设置5°、10°、15°、20°四水平工作倾角与0.9m/s,1.6m/s,2.1m/s三组运动速度,以除杂率与马铃薯所受最大应力为评价指标,得到输送分离装置最佳工作角度为与水平方向呈15°工作倾角,转动线速度为1.6m/s。（6）样机试制与田间验证,样机在重庆市农科院农业机械研究所加工制作,并在试验田开展田间试验。利用传感器及力锤冲击法,验证机架的模态分析结果与仿真结果误差不足5%,测定输送分离装置自走式马铃薯联合收获机工作过程中稳定性高,输送分离装置运转稳定。收获机可完成挖掘、输送、分离、收集等一系列作业。收获效果较好,明薯率≥96%,破皮率≤2%,伤薯率≤1.5%,符合相关标准。进一步验证了收获机设计的合理性。
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