4U-1400FD型马铃薯联合收获机挖掘装置的参数优化与结构设计

马铃薯和甘薯、木薯并称为世界三大薯类,是一种世界性经济作物,也是世界上年产量较大的农产品之一。这一古老的栽培植物,不仅作为粮食和蔬菜食用具有很高的营养价值,而且是一种很好的工业原料。近些年来由于我国农业产业结构的调整和优化,马铃薯种植面积稳中有增,但其机械化收获水平较低,尤其是马铃薯的挖掘或收获,比谷物和牧草难度要大得多,是收获中耗能较大的一个环节。在联合收获机机具作业的过程中,绝大部分的阻力集中在挖掘铲,即土壤对挖掘部件的阻力。因此研究挖掘机理,设计合理的、适用的马铃薯联合收获机的挖掘装置具有重要意义。 本文针对土壤的物理特性和马铃薯收获的机械特性,对马铃薯联合收获机挖掘装置的挖掘铲进行了原理分析、动力学分析、参数分析及优化,包括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,得出挖掘铲参数的最佳组合:铲面倾角为20°,铲体长度为470 mm,铲宽1400 mm,据此设计了4U–1400FD型分级装袋式马铃薯联合收获机挖掘装置的挖掘铲,该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;通过仿形碎土辊调节挖掘深度,减小了机架的垂直负荷;仿形碎土装置和切土挖掘装置总成与机架通过平行四杆机构相连,利用拖拉机液压输出控制其升降,保证了不同挖掘深度下收获机纵向呈水平状态和挖掘铲入土性能不变。运用ANSYS软件对该挖掘装置的铲架和挖掘铲进行了有限元的静力学分析,通过求解的变形和应力分布,进行强度校核。理论分析与田间试验结果表明:4U–1400FD型分级装袋式马铃薯联合收获机挖掘装置及挖掘铲结构设计合理,工作性能良好。该研究为进一步进行整机的优化设计奠定了基础。