甘蔗收割机三种结构根部切割器的性能仿真试验研究

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我国的甘蔗种植主要集中在广西、云南、广东等地,其总种植面积位居世界第三。目前,我国甘蔗联合收割机是以切段式为主。切段式联合收割机在收割甘蔗过程中存在含杂率高、宿根破头率高、破损率高等问题。机收过程中混入原料蔗的泥土对糖厂工艺和出糖品质影响较大,是糖厂抵触机收蔗的主要原因。本文研究以团队自主研发的3款根部切割器为研究对象,通过离散元EDEM软件分析甘蔗根部切割器入土切割过程,研究不同工作参数对根部切割器向甘蔗喂入输送通道中送入泥土量的影响;通过动力学仿真软件ADAMS,对甘蔗根部切割器喂入输送甘蔗过程进行仿真分析。根据仿真结果,评价不同切割器的喂入输送性能的优劣,为甘蔗根部切割器的设计及工作参数优化提供参考。主要的研究内容和结论如下:(1)不同甘蔗根部切割器的对比及理论分析。对比了“圆盘+拨蔗齿板”、漏土刀盘、螺旋圆钢提升等3款根部切割器的结构差异,并分析了各自装置的工作原理;建立了不同结构切割器与一级喂入辊筒的装配关系;计算了不同结构切割器喂入口面积的大小,通过对比其喂入口面积得出:采用螺旋圆钢提升的切割器喂入口面积较小,因此相比之下,另外两款根部切割器可同时通过较大喂入率的甘蔗。(2)甘蔗根部切割器入土切割过程仿真试验。联合运用Creo和EDEM软件,分别建立了不同结构切割器与蔗垄土壤颗粒模型,仿真切割器刀片入土切割过程,得到土壤颗粒经其作用后的运动形式及分布。并在此模型基础上,以由切割器刀盘送入输送通道中的泥土量为试验指标,分别进行了3因素3水平和2因素3水平的完全分组试验。3因素3水平试验在刀盘转速650 r/min、刀片入土深度70 mm条件下,设定的因素及水平为切割器结构A(上述3款结构切割器)、刀盘倾角B(10°、20°、30°)、行走速度C(0.5 m/s、0.75 m/s、1 m/s)。2因素3水平试验在刀盘转速为650 r/min、行走速度为0.5 m/s和刀盘倾角为20°的条件下,设定的因素水平为切割器结构A、入土深度D(70 mm、85 mm、100 mm)。3因素3水平分组试验结果表明:对进入输送通道中泥土量的影响由主到次关系依次为刀盘倾角、行走速度、切割器结构;3个因素对试验指标的影响均极显著;刀盘倾角各水平之间因素差异显著,且进入输送通道的泥土量随着刀盘倾角的增大而减少;行走速度0.75 m/s与1 m/s水平之间差异不显著,0.5 m/s与0.75 m/s、1 m/s之间差异显著;且行走速度为0.5 m/s时进入输送通道的泥土量最少。2因素3水平试验结果表明:切割器结构和入土深度对其进入输送通道中泥土量影响均显著;入土深度各水平之间差异显著,且进入输送通道的泥土量随着入土深度的增加而增加。两组试验均表明;“圆盘+拨蔗齿板”切割器A1与漏土刀盘切割器A2水平之间差异不显著,即说明漏土刀盘漏土效果不明显,并分析了其原因;螺旋圆钢提升切割器A3与A1、A2之间差异显著,且螺旋圆钢提升切割器A3入土切割时,进入输送通道中的泥土量最少。(3)基于ADAMS的3款结构甘蔗根部切割器喂入输送性能的仿真分析。联合运用Creo和ADAMS软件分别建立甘蔗-切割器喂入输送系统模型,以刀盘转速(600r/min、650 r/min、700 r/min)为试验因素,对3款不同结构根部切割器输送甘蔗速度分别进行了单因素试验。通过对甘蔗输送过程的分析,对比研究了甘蔗在不同结构切割器作用下的运动形式。试验结果表明:甘蔗通过螺旋圆钢提升切割器时平均速度最大,即喂入输送性能最好,甘蔗通过“圆盘+拨蔗齿板”切割器与漏土刀盘切割器时平均速度相同,其喂入输送性能没有显著差异,即说明漏土刀盘对其切割器输送性能没有影响。
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