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4S280 马铃薯振动挖掘机牵引阻力的测试分析

时间：2023-01-08 00:39:52 农学论文我要投稿

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吴海平, 侯建丽, 郝琴, 王玉顺
(11 山西农业大学工程技术学院, 山西太谷030801 ; 21 山西省农业机械化学校汽车工程系, 山西平遥031100 ; 31 中国移动通信集团山西有限公司晋中分公司, 山西晋中030600)
摘　要: 振动挖掘铲可大幅降低其入土阻力, 4S280 马铃薯挖掘机采用铲筛一体的振动式结构。为了探知振动铲筛的实际降阻效果, 设计了动态测试装置, 并进行了几种不同作业状况下的牵引阻力测试。结果表明, 铲筛振动状态下可显著降低挖掘作业时的机具牵引阻力和拖拉机牵引功率; 低速作业时作业速度变化对振动挖掘铲作业的牵引阻力影响不大; 机具挖掘深度增加时, 拖拉机牵引阻力和牵引功率会明显增大。
关键词: 马铃薯挖掘机; 振动铲筛; 牵引阻力
中图分类号: S22517 文献标识码: A 文章编号: 167128151 (2009) 0420351204
Experimental Study on Traction Resistance for 4S280 Potato Shaking Digger
WU Hai2ping1 , HOU J ian2li2 , HAO Qin3 , et al.
( 11 Col lege of Engineering and Technology , S hanx i A g ricul tural Uni versi t y , Tai gu S hanx i 030801 , China; 21 School of S hanx i A g ricul tural Mechani z ation , Pi ngy ao S hanx i 031100 , China; 31China Mobi le Grou p S hanx i Co. L t d. , J inz hong B ranch , J inz hong S hanx i 030600 , China)
Abstract : To reduce the soil resistance of the digger , the st ructure of integrated vibrating shovel and sieve is adopted for 4S280 potato digger. In order to ascertain the actual effect of resistance variation of the shaking digger , the test de2 vice was designed and the draf t force was measured in different working conditions. Result s showed that the digger draf t and drawbar horsepower were reduced greatly due to the shovel and sieve shaking. The drawbar resistance did not change much when t ractor worked at low2speed range , and the draf t and power were increased significantly when dig2 ging depth increased.
Key words : Potato digger ; Shaking shovel ; Traction resistance
近年来, 随着农业种植结构调整步伐的加快, 我国马铃薯种植面积呈不断上升的趋势, 对马铃薯收获机械的需求日益增大。然而现有马铃薯收获机具大多采用固定式挖掘铲, 牵引阻力和牵引功率消耗过大, 中小型作业机组常常表现出牵引力和牵引功率不足的情况[ 1～5 ] 。因此, 开展马铃薯挖掘收获时的减阻降耗相关研究, 探索出马铃薯收获时减阻降耗的有效途径和方法, 对于提高我国马铃薯机械化收获水平和机收效率, 减少作业成本和降低作业能耗, 减轻农民的劳动强度, 增加农民收入等都具有非常重要的意义。本文对不同挖掘方式和工作状态下的牵引阻力进行了测试分析, 旨在找出牵引阻力的主要影响因素, 为该类机械的设计、开发和运用提供参考和指导。
1 实验目的与要求
实验的目的是测试出铲筛一体式马铃薯挖掘机在不同工作状况下的牵引阻力, 为挖掘铲的改进和优化设计提供参考和依据。
实验要求测试出挖掘铲在振动和不振动、不同作业速度、不同作业深度等状况下的牵引阻力及其变化情况。 2 材料与方法 211 试验场地试验地土壤为沙壤土, 最大深度为20 cm , 土壤的平均含水量为( 1114 ±112) % , 容重为 (1126 ±0107) g ·cm- 3 , 试验测试区长20 m。 212 实验器材实验测试机具配置如图1 所示。牵引动力采用上海- 500 拖拉机, 用黄海- 250 拖拉机与4S2 80 马铃薯挖掘机挂接成为作业机组。采用ZZLB21 型机械式自记拉力表(如图2 所示) 测试拉力。它是一种常用来测量农业机械牵引阻力的仪器, 测量范围3 000 kg , 精度2 %。

50 m 卷尺、300 mm 钢板尺、标志杆和秒表等器材分别用于测试场地的测量、标记、挖掘深度测量和作业时间测量。
2.3 实验方法
将铲筛状态、机组作业深度和机组作业速度作为试验因素, 因素水平见表1 。试验采用三因素完全随机等重复(3 次) 试验。

3 实验数据分析
3.1 图像处理
对试验过程中由摄像机拍得的拉力表示值和马铃薯挖掘机传动轴转角等视频数据可将其导入计算机后, 用编写的Matlab 程序进行分析和处理。也可使用其他具有视频编辑和处理功能的软件进行图像数据的处理。
本试验的视频数据是使用豪杰超级解霸分解摄像视频文件后, 目测出各个工作状态下的牵引力, 利用AutoCAD 软件测量出计算转速时所需的角度值。
试验中利用摄像机拍摄的数据有两种, 一种是牵引力表盘显示值, 通过人工读取拉力表盘图片即可获得相应数据。第二种是挖掘铲传动轴转速, 它的读取是通过在AutoCAD 里面插入所截取出的相邻的两张图片量取转过的角度通过计算得出转速。
3.2 数据处理
马铃薯挖掘机牵引阻力是指拖拉机牵引马铃薯挖掘机时所克服的机具阻力, 不包括作业机组的拖拉机行走阻力。因此, 实际的马铃薯挖掘机牵引阻力应该是用牵引机组作业状态时的拉力表显示值, 减去相同速度情况下机组非作业状态(挖掘铲处于未入土的悬挂状态) 拉力表显示值。
挖掘铲传动轴转速的计算是先对摄像机拍摄下有转动指针标记的转动图像按先后时序进行图像截取, 然后测量出相邻图片之间指针的角度差, 根据摄像速度即可计算出指针转速, 也即传动轴转速。摄像时图片的拍摄速度是30 帧·s - 1 , 因此生成图像序列的相邻两张图片的时间间隔为 1/ 29 s。用相邻两帧图像的指针角度差除以1/ 29 s 就是指针旋转的角速度, 再除以360 (或2π) 即为指针每秒的转数[6～10 ] 。
3.3 阻力状况分析
将不同作业状态下测得的牵引阻力数据运用 Matlab 软件绘制成曲线图即可直观显示出马铃薯挖掘机牵引阻力状况。 1) 挖掘铲不振动, 作业深度相同状态下, 挖掘机牵引阻力随作业速度的变化情况。由图3 牵引阻力曲线可以看出: 挖掘铲不振动, 作业深度相同状态下, 挖掘机牵引阻力随作业速度的增大而增大。曲线的波动主要是由于挖掘铲筛上崛起物后移时不顺畅, 常在铲筛面形成堆积、壅塞后再离开筛面, 牵引阻力值便出现大幅波动。

2) 作业深度和速度相同状态下, 挖掘铲不振动和振动时的挖掘机牵引阻力状况。由图4 牵引阻力曲线可以看出: 在作业深度和速度相同状态下, 挖掘铲振动时的牵引阻力远小于不振动状态下的牵引阻力。而且铲筛振动时, 铲筛面上的崛起物能及时顺畅地向后输送和土壤的筛分, 因此牵引阻力的波动起伏范围也明显小于铲筛不振动时的波动。

3) 挖掘铲振动, 作业深度相同状态下, 挖掘机牵引阻力随作业速度的变化情况。由图5 的牵引阻力曲线可以看出: 在挖掘铲振动, 作业深度相同状态下, 作业速度不同时, 牵引阻力不同。振动挖掘铲筛的牵引阻力会随着作业速度的增大而增大, 但增幅要比铲筛不振动时小的多。牵引阻力曲线有一定幅度的波动, 但与挖掘铲筛不振动时的情况相比, 波动情况要平缓的多, 表明作业过程中牵引阻力有幅度不大的一些变化, 且变化的值较小。

4) 挖掘铲振动, 作业速度相同状态下, 挖掘机牵引阻力随作业深度的变化情况。图6 的牵引阻力曲线表明: 挖掘铲振动, 作业速度相同状态下, 作业深度不同时牵引阻力不同。作业深度增大时牵引阻力会大幅增加, 并且牵引阻力数值的波动也会增大。可见作业深度对挖掘铲筛牵引阻力有很大影响。

4 结论与建议
4.1 结论
初步的实地试验测试表明:
1) 铲筛振动状态下可使挖掘马铃薯作业时的牵引阻力大幅减小, 从而可大大降低拖拉机的牵引功率。
2) 在较低作业速度情况下, 作业速度变化对振动挖掘铲作业的牵引阻力影响不大。
3) 挖掘深度对振动挖掘铲作业的牵引阻力有明显影响。随着作业深度的增加, 牵引阻力会明显增大。因此, 用振动挖掘机进行马铃薯收获作业时要充分掌握好挖掘深度, 以免拖拉机牵引功率的过多消耗。
4.2 建议
1) 进行铲筛一体的振动式马铃薯挖掘机牵引阻力测试过程中, 发现铲筛振动时, 拖拉机也发生强烈振动, 极易引发拖拉机的损坏和驾驶员的身体损伤。因此, 建议进行与此相关的减振研究。
2) 由于条件所限, 我们只初步试验测试了一种土壤状况下, 振动状态、作业深度和作业速度等小范围变化时对牵引阻力的影响, 而振动频率、振幅和振动方向等因素的影响尚未涉及。因此建议下一步应进行多种土壤状况下, 针对更多的影响因素进行大范围的试验测试与分析。
参　考　文　献
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