生产邦力灌木平茬机,林木修剪机

柠条灌木具有显著的生态效益和防风固沙功能,又是优良的饲料与燃料转化利用的生物质资源,目前大面积种植于我国西部沙化地区及晋北黄土高原,其产业化开发及机械化生产近年来被广泛关注,但相关作业机械缺乏,急需创新研发满足柠条机械化生产的机具,为此我们在山西省科技攻关重大专项的支持下研制了一种新型的柠条平茬收获机,本文即针对该机型研发内容进行的关键部件仿真设计,基于柠条茎秆生物形态特性和力学性质及该机具的平茬机理与输送结构要求,设计了圆盘锯式切割机构与柔性铰链输送机构,并对其进行运动分析与田间试验.主要研究工作有:(1)研究了柠条茎秆的生物形态特性和生物力学性质.通过对柠条茎秆力学模型的简化,建立了柠条植株的悬臂梁力学模型,并推导出密度,含水率及摩擦系数等参数的表达式,经试验测定柠条的密度约为0.48g/cm3,柠条的含水率分布在30%～60%之间,柠条与金属材料间的摩擦系数为0.353022.柠条茎秆拉伸和剪切试验测得柠条茎秆材料的抗拉强度均值为138N/mm2,柠条茎秆材料的抗剪强度均值为35N/mm2,对其正交试验研究获得试验结论:柠条茎秆的拉伸断裂强度与取样位置和生长年龄都密切相关,且生长年龄对其试验指标的影响比取样位置对其的影响要大;柠条茎秆的抗剪强度与生长年龄相关,而与柠条的取样位置关系不大;为更好地完成平茬作业,应当考虑柠条的生长年龄,其次考虑平茬位置.(2)根据柠条的生物力学性质与柠条平茬茬口切割要求,研究了无支撑惯性力切割下的柠条平茬作业情况及其切割方式,选用圆盘锯作为柠条平茬收割的作业部件,并分析了圆盘锯的锯身,锯齿及其稳定性等参数,设计出圆盘锯式切割部件.分析表明:割刀平茬的位置越低,切割速度在限定安全速度范围以内越快,柠条茎秆的惯性力和柠条茎秆的作用反力越大,越容易达到平茬效果;圆盘锯式切割部件在平茬作业时,其转速应控制在临界转速范围内.(3)对柠条收割机圆盘锯式切割部件进行了仿真研究,取得如下结论:①对圆盘锯式切割部件上某一锯齿与其后一锯齿的运动轨迹进行运动学分析研究,得出圆盘式切割部件不漏割的条件,大速比K与大前进速度vm及锯齿刃数量成正比关系.在实际收获作业过程中,刀盘转速很高,收获过程中存在一定的多刀切割和重割现象.②对高速旋转工况下的圆盘锯式切割部件进行了有限元模态分析,通过仿真得出前6阶振动固有频率及振型,切割部件在实际工作中,刀盘转速为1500-1800r/min,工作频率为25-30Hz,避开了切割部件的第1阶固有频率0.015635Hz和第2阶固有频率371.85Hz,因此切割部件的模态结构合理.③对圆盘式切割部件进行了静力学分析,采用响应面设计分析圆盘锯的应力及应变情况,得到应力,应变的响应面拟合表达式,并通过岭脊分析得出当切割锯盘的厚度为6.5mm,切割锯盘的直径为450mm时,圆盘锯内部的应力应变为小值.④对柠条与圆盘锯式切割机构进行了刚柔耦合动力学分析,在圆盘锯前进速度为420mm/s的情况下进行仿真试验,获得了接触点在各方向的力与力矩曲线.采用响应面设计方法对圆盘锯的转速,厚度和直径进行动力学分析,仿真结果表明,对切割力影响的因素主次顺序为圆盘锯的转速,厚度,直径,对功率影响的因素主次顺序为圆盘锯的直径,转速,厚度,且各因素效应检验均显著,经响应面岭脊分析得出,当圆盘锯式切割部件直径,厚度和转速分别取405.12mm,5.15mm,1533.01r/min时,圆盘锯式切割部件的平茬效果优,其单组切割机构功耗预期为10-13.3kW.(4)借鉴其他收获机输送机构的工作原理,创新设计了适用于柠条输送的柔性铰链输送机构,并建立了仿真其实体模型.通过分析输送机构的输送速度与柠条联合收获机的前进速度间的速比关系,表明K取2-3时,即柔性铰链输送机构的输送速度为柠条联合收获机前进速度的2-3倍时,输送效率优.(5)柠条收获机圆盘锯式切割机构的田间试验表明:柠条收割机中圆盘锯锯盘的转速,厚度和直径均对柠条平茬质量有影响,锯盘的转速对柠条平茬质量的影响明显,锯盘厚度次之,因此,在样机结构设计过程中应首要考虑切割锯盘的转速和厚度.柠条平茬效率是衡量柠条收割机平茬作业的首要指标,本研究的样机在田间试验中,能够较好实现柠条的平茬作业要求,平茬效率达到88.7%,相比前几代样机各项性能稳定.

国沙漠化情况日益严峻,而沙生灌木是防风固沙,保持水土的优良 造林植物,为维持生态平衡和实现经济的发展,沙生灌木的种植面积不断扩大,传统的人工平茬方式必将被机械化平茬所替代.为此,通过对机械化平茬现状的研究 分析,简要总结出我国机械化平茬所面临一些关键问题,后提出了我国机械化平茬的进一步发展建议.

笔者对内蒙古西部地区沙柳材的物理力学性质进行了分析和测定,为研究沙柳材切削加工性能提供了理论基础数据,同时为制定"藤灌木材物理力学性能试验方法"国家标准提供了理论依据.