玉米根茬根土分离装置的设计与研究

目前,根茬的处理已经成为农业生产中突出的问题,秋收后大量剩余在田地里的根茬严重阻碍了下茬作物耕种的顺利进行,并且这种热值较高的根茬生物质资源没有得到充分的利用。本文针对目前玉米根茬处理现状以及当前紧张的能源形势,提出研发玉米根茬根土分离装置具有重要的意义。 为揭示根土分离的机理,本文将玉米根茬根土复合体视为一种天然的复合材料,引入根土复合体的代表性正方形胞元,在细观上对其进行研究。引入Goodman界面单元,在根与土之间建立接触对,能够比较真实的模拟根土之间的相互作用。通过两种不同的加载方式对根土复合体胞元进行有限元模拟分析,定性地分析了胞元的破坏形式,描述了根土复合体的细观结构和细观应力,揭示了其变形和破坏过程。为根土分离装置关键部件的设计提供了理论依据。 本文分析了玉米根茬的物理特性及其收获工艺,根据设计要求确定了玉米根茬根土分离装置的总体结构方案、传动路线及工作流程。 确定根土分离装置的最佳碎土方案,并对碾压碎土装置进行了结构设计。确定了碎土滚筒的结构参数,并对其进行了运动学分析,确定了滚筒的运动学参数。分析并计算了相邻两齿顶点在最低点处的位移差,当滚筒碾压齿数为15时,相邻两齿端点在滚筒相对根茬前进方向上产生的位移差S约为40mm。 建立了碾压碎土滚筒的有限元模型,并对碾压齿工作时进行了受力分析,通过试验及计算确定了碾压齿所受的主要载荷。利用有限元分析软件对碎土滚筒进行了结构静力学分析,分析了其应力、应变及位移云图,并针对其存在应力集中易发生疲劳破坏的问题提出了改进措施。 选择杆条式抖动分离机构作为筛分的最佳方案。通过分析并确定了杆条链的类型及其结构参数。确定了驱动带轮、链轮及带的结构参数,分析了杆条式抖动分离装置的工作过程,设计了抖动轮的结构,并对其进行了运动学分析,得出保证根茬顺利输送的必要条件。 通过试验研究,采用Kriging代理模型及遗传算法对滚筒转速、滚筒距托板间距选择合理的参数,为样机的设计及改进提供了依据。