稻麦联合收获机切割频率与前进速度控制策略研究

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稻麦联合收获机是最主要的粮食收获机械。切割器是收获机的关键部件,其切割效果直接影响到整机的工作效率与工作质量,但是目前国内的收获机的切割器控制方面研究不足,基础薄弱,缺乏有效、可靠、稳定的智能控制技术。本文以联合收获机关键部件割台的切割频率与前进速度的控制策略作为研究对象,构建适应国内收获装备的控制模型。(1)建立了往复式切割频率与收获机前进速度的初始匹配模型。首先通过割刀在横向往复运动与纵向直线运动的数学表达式基础上,绘制出往复式切割器驱动机构曲柄摇杆的不同转速(300~1500 r/min)即不同的切割器切割频率(10~50Hz)、不同的联合收获机前进速度(3.5~8 km/h)的切割图;其次计算出切割图中一次切割区、重割区、漏割区的区域面积,绘制出联合收获机工作速度、割刀曲柄摇杆机构的转速与绘制的切割图中三个特征区域的规律性曲线;最后确定了在重割区与漏割区面积相等时,切割频率与机组收获速度的切割效果为最佳,并在此基础上建立切割频率与收获机前进速度初始匹配模型。(2)通过在万能材料试验机上设计了小麦茎秆的剪切试验,分析了切割加载频率与小麦材料属性对剪切功的影响。试验结果表明加载速率对剪切功的并无影响,其仅与小麦自身结构有关。剪切功随着小麦的含水率增加而增加,在含水率为8.00%~60.21%,剪切功在22.462~45.579m J之间。此外剪切功与小麦横截面积呈正相关,且随着含水率的增加,单位横截面积上的剪切功增加率也在不断增加。(3)利用Python软件构建了切割器剪切功的回归模型,并对回归模型进行了适用性检验。在回归分析基础上建立以剪切功为研究对象、小麦茎秆含水率与横截面积为影响对象的数学模型,并验证了模型的适用性。(4)建立了切割频率的控制策略。将最初建立的切割频率与收获机前进速度之间初始匹配模型与剪切功的回归模型相结合,最后在Ansys Workbench的显示动力学模块中进行小麦茎秆剪切的仿真实验,仿真结果验证了切割器切割频率与收获机作业速度控制策略的有效性。
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