长根茎中药材收获机关键部件的研究

在对国内外根茎类中药材收获装备现状调研的基础上,分析了影响根茎类中药材特别是长根茎类中药材机械化收获的主要问题。通过理论研究与计算机仿真相结合的方法,从研究振动减阻和仿生减阻的机理出发,对长根茎类中药材收获机的采挖关键部件进行了研究和探讨。依据仿生学原理,设计了深耕挖掘犁刀及其自激振动调解机构,实现了在挖掘过程中的实时柔性调解。 分析了强迫振动和自激振动减阻的机理和具有优良挖掘功能的动物爪趾几何及生物力学特性。建立了深耕挖掘犁刀-土壤接触系统有限元模型,在实验的基础上确定了深耕挖掘犁刀所受的主要载荷。 基于Pro/E软件,建立了自激振动弹性元件和深耕挖掘犁刀的三维实体模型。采用有限元分析软件ANSYS对深耕挖掘犁刀进行了静态和模态分析。给出了深耕挖掘犁刀在收获作业时的应变分布图和固有振动特性,确定了对冲击外力作用反应最明显的固有频率,分析了相应频率范围内各阶主要模态的特性。 研究结果表明,选用自激振动作业形式来模仿典型土壤动物在挖掘过程中表现出来的实时柔性可调结构,并结合具有优良挖掘功能的某些动物爪趾所提供的几何信息来合理优化设计深耕挖掘犁刀的几何形状,可以有效地解决长期困扰长根茎类中药材机械化收获的主要问题,减少挖掘阻力,减轻犁刀磨损,降低能源消耗,具有较大的工程实用意义。