玉米摘穗试验台的设计要点

玉米摘穗试验台的设计要点

装置台架试验茎和穗的组装是玉米收获机的重要件心部件。玉米植株和穗型适应性强，能适应茎直径、穗基部位和穗形大小的差异。如果它不伤穗，它可以提高收获速度。卧辊式摘穗装置结构简单、尺寸较小,目前较多地应用于背负式玉米收获机上。但辊式摘穗结构易啃伤玉米穗,啃伤穗比例可达到25%,严重时达到50%,对其广泛应用具有较大的影响。台架试验是进行因素分析不可或缺的实验室研究手段。通过试验设计,利用试验装置和测试手段能够较好地反映被测对象在诸因素各水平下的工作性能参数,然后利用试验数据分析软件进行分析总结,寻找结构参数和工作参数的较优组合,为改进设计提供试验依据。本文论述玉米摘穗辊多因素试验台的设计和试验。1干预辊式扩张器的影响因素和控制方法1.1影响因素玉米收获机辊式摘穗装置的影响因素包括辊的结构参数和工作参数。1.1.1结构参数(1)轴向参数摘穗辊的轴向参数主要是指各工作段的轴向尺寸和结构组合形式。摘穗辊轴向工作段由锥形导入段、摘穗段和拉茎段组成,如图1所示。(2)摘穗辊直径的影响摘穗辊的径向参数主要有摘穗辊直径,摘穗辊凸棱高度,横剖面形状、尺寸,拉茎部分的直径和拉茎凸棱形状及数量等参数。这些参数影响摘穗部件对茎秆的攫取能力和对果穗的损伤程度。较大的摘穗辊直径虽然有利于提高对茎秆的攫取能力,但使掉粒损失增加,因此应在保持攫取能力的前提下设法减小摘穗辊直径。合适的锥形导入段和适宜的表面形状可保持摘穗辊对茎秆的攫取能力。摘穗辊的表面形状对攫取能力影响很大,其常见结构一般为螺旋形凸棱(棱高9～11mm),并设有爪形摘穗钩,如图2所示。(3)中辊之间的安装和调整摘穗装置的装配参数主要指摘穗机构在安装和调整过程中形成的状态及其改变,包括摘穗辊之间的间隙大小和摘穗辊轴线的平行度以及两辊之间的高度差。1.1.2作业参数影响工作参数主要包括摘穗辊转速n、摘穗辊轴线水平倾角β和收获机作业速度v等,这些参数直接影响其工作性能。在设计上,当摘穗辊轴线水平倾角β一定时,作业速度v与摘穗辊圆周速度vr之比应保持在一定范围。1.2摘穗辊结构改变在综合试验台上,摘穗辊各因素的控制主要考虑操作的便利性和测试参数的可调控性。摘穗辊结构改变主要是指改变其安装参数:摘穗辊的轴向长度,通过调节前轴承部件的轴向位置来改变;摘穗辊直径以及摘穗辊间隙与摘穗辊之间的高度差,通过调节前轴承部件的径向位置来改变。摘穗辊轴线水平倾角的调节通过机架上的倾角调节机构来实现。2试验平台的设计2.1调整后调整之间高度本试验台是为考察卧式摘穗辊在摘穗过程中对果穗啃伤的影响而设计的,因此要求能够试验各种卧式摘穗辊。试验台设计时摘穗辊长度变化范围为500～1200mm;直径变化范围为70～105mm;摘穗辊转速变化范围为500～1200r/min;摘穗辊水平面倾角变化范围为25°～40°;摘穗辊螺旋凸棱高度不大于12mm;摘穗辊两轴水平间距调节范围为75～145mm;摘穗辊两轴竖直间距调节范围为0～40mm。试验台要求能装配扭矩传感器、速度传感器,实时输出摘穗辊扭矩和转速。2.2装置等部分组成由底座、调节机架、传动机构、工作装置、数据采集装置等部分组成,如图3所示。摘穗辊安装在后轴承和可调前轴承之间。通过倾角调节机构,可以方便地调整摘穗辊轴线水平倾角并锁紧以保证该工作状态的稳定。2.3给排水设计以无级调速电动机为原动机,经一级三角带传动到主轴,经过扭矩传感器到摘穗辊。摘穗辊转速通过改变调速电动机的转速来调节。2.4齿轮传动机构的改进采用双调速电动机分别控制两摘穗辊的转速。考虑到目前广泛使用的螺旋凸棱形摘穗辊需要转速协调,设计了单电动机传动方案,在两辊间设置齿轮传动机构,以保持其转动的协调性。2.5模型试验传感器通过传感器获取扭矩和转速实时信号并输入到计算机中,利用传感器附带的数据采集系统软件进行数据的采集与处理,得到实时的拉茎阻力及功率消耗。选用AKC-215B型动态扭矩传感器,该传感器非接触电源供电与信号输出,无集流环,无电刷,运转无摩擦,适合于连续、高速测量使用。可测量正、反两个方向的动态扭矩或静态扭矩。2.6通过加速放大来观察快速过程的物理特性应用现有高速摄影系统(包括高速CCD摄像机、图像采集卡、控制器以及计算机操作系统等),通过慢速回放再现被记录过程的运动或变形过程,即通过对时间尺度的放大来研究快速过程的物理特性。由此可直观地分析茎秆在被摘穗辊拉过的过程中的运动状况。通过标记,可定量地分析摘穗过程中拉茎速度、加速度等的变化情况,为建立相应的数学模型提供依据。3摘穗辊转速、形态变化对穗啃伤的影响2006年10月在吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室进行了玉米摘穗啃伤试验,试验材料为吉林农业大学试验田人工收割的玉米植株(带穗;籽粒含水率、茎秆含水率和苞叶含水率均值分别为25.5%、49.5%和55.4%)。试验考察辊型、摘穗辊转速、摘穗辊水平倾角等因素对摘穗性能的影响。表1为国产玉米收获机2种型式摘穗辊转速对籽粒啃伤影响的部分试验结果(啃失率是指平均每穗玉米被啃伤的籽粒数)。结果表明,摘穗辊转速是影响籽粒啃伤的主要因素,随着摘穗辊转速的提高籽粒啃失率增加。当摘穗辊转速低于700r/min时,果穗啃伤程度随摘穗辊转速增加的幅度较小;当摘穗辊转速高于700r/min时,随摘穗辊转速的增加果穗啃伤程度明显加剧。试验显示当摘穗辊转速为500r/min时,籽粒损失数最小。表2为摘穗辊轴水平倾角对籽粒啃伤影响的部分试验结果。在试验所考察的因素中,摘穗辊水平倾角对摘穗过程中籽粒被啃落的影响程度次于摘穗辊转速。用F检验法在显著性水平α=0.05下对试验因素进行检验,结果显示该因素对摘穗啃伤影响不显著。试验所考察摘穗辊倾角的3个水平依摘穗啃伤程度从大到小依次是:35°、15°、25°,倾角为25°时摘穗啃伤程度最小。表3为摘穗辊间隙对籽粒啃伤影响的部分试验结果。在摘穗辊间隙的单因素试验中,间隙为30mm时比20mm表现稍好,但差异不显著。随着摘穗辊间隙的增加,摘穗损失籽粒数呈逐渐减小趋势。辊轴间隙小于20mm时,辊轴间隙增加对减少籽粒啃伤效果较明显;辊轴间隙大于20mm时,增加辊轴间隙对改善果穗啃伤程度并不明显。当辊轴间隙超过30mm时,对茎秆的攫取能力降低,影响摘穗辊的拉茎能力。对试验录像观察分析发现,摘穗钩直接作用于穗柄的几率很小,对摘穗啃伤影响也不明显。对摘穗性能起主要作用的是摘穗辊螺旋凸棱而非其摘穗钩。用F检验法在显著性水平α=0.05下对试验因素进行检验,结果表明摘穗辊水平倾角、摘穗辊辊轴竖直间隙对摘穗啃伤影响均不显著。在本试验所考察的因素中,对果穗啃伤程度的影响主次因素为摘穗辊转速、摘穗辊类型、摘穗辊水平倾角和摘穗辊辊轴竖直间隙。4辊式摘穗机构对玉米穗剥伤的影响(1)该试验装置及测控系统实现了可控连续改变摘穗辊转速,可在动态过程中测试摘穗阻力特性,并实时进行数据采