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4S280 馬鈴薯振動(dòng)挖掘機(jī)牽引阻力的測(cè)試分析
4S280 馬鈴薯振動(dòng)挖掘機(jī)牽引阻力的測(cè)試分析
吳海平, 侯建麗, 郝琴, 王玉順
(11 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院, 山西太谷030801 ; 21 山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)校汽車工程系, 山西平遙031100 ; 31 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)山西有限公司晉中分公司, 山西晉中030600)
摘 要: 振動(dòng)挖掘鏟可大幅降低其入土阻力, 4S280 馬鈴薯挖掘機(jī)采用鏟篩一體的振動(dòng)式結(jié)構(gòu)。為了探知振動(dòng)鏟篩 的實(shí)際降阻效果, 設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置, 并進(jìn)行了幾種不同作業(yè)狀況下的牽引阻力測(cè)試。結(jié)果表明, 鏟篩振動(dòng)狀態(tài) 下可顯著降低挖掘作業(yè)時(shí)的機(jī)具牽引阻力和拖拉機(jī)牽引功率; 低速作業(yè)時(shí)作業(yè)速度變化對(duì)振動(dòng)挖掘鏟作業(yè)的牽引阻 力影響不大; 機(jī)具挖掘深度增加時(shí), 拖拉機(jī)牽引阻力和牽引功率會(huì)明顯增大。
關(guān)鍵詞: 馬鈴薯挖掘機(jī); 振動(dòng)鏟篩; 牽引阻力
中圖分類號(hào): S22517 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 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
近年來, 隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快, 我國(guó)馬鈴薯種植面積呈不斷上升的趨勢(shì), 對(duì)馬鈴 薯收獲機(jī)械的需求日益增大。然而現(xiàn)有馬鈴薯收 獲機(jī)具大多采用固定式挖掘鏟, 牽引阻力和牽引 功率消耗過大, 中小型作業(yè)機(jī)組常常表現(xiàn)出牽引 力和牽引功率不足的情況[ 1～5 ] 。因此, 開展馬鈴 薯挖掘收獲時(shí)的減阻降耗相關(guān)研究, 探索出馬鈴 薯收獲時(shí)減阻降耗的有效途徑和方法, 對(duì)于提高 我國(guó)馬鈴薯機(jī)械化收獲水平和機(jī)收效率, 減少作 業(yè)成本和降低作業(yè)能耗, 減輕農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度, 增加農(nóng)民收入等都具有非常重要的意義。本文對(duì) 不同挖掘方式和工作狀態(tài)下的牽引阻力進(jìn)行了測(cè) 試分析, 旨在找出牽引阻力的主要影響因素, 為 該類機(jī)械的設(shè)計(jì)、開發(fā)和運(yùn)用提供參考和指導(dǎo)。
1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求
實(shí)驗(yàn)的目的是測(cè)試出鏟篩一體式馬鈴薯挖掘 機(jī)在不同工作狀況下的牽引阻力, 為挖掘鏟的改 進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)要求測(cè)試出挖掘鏟在振動(dòng)和不振動(dòng)、不 同作業(yè)速度、不同作業(yè)深度等狀況下的牽引阻力 及其變化情況。 2 材料與方法 211 試驗(yàn)場(chǎng)地 試驗(yàn)地土壤為沙壤土, 最大深度為20 cm , 土壤的平均含水量為( 1114 ±112) % , 容重為 (1126 ±0107) g ·cm- 3 , 試驗(yàn)測(cè)試區(qū)長(zhǎng)20 m。 212 實(shí)驗(yàn)器材 實(shí)驗(yàn)測(cè)試機(jī)具配置如圖1 所示。牽引動(dòng)力采 用上海- 500 拖拉機(jī), 用黃海- 250 拖拉機(jī)與4S2 80 馬鈴薯挖掘機(jī)掛接成為作業(yè)機(jī)組。 采用ZZLB21 型機(jī)械式自記拉力表(如圖2 所示) 測(cè)試?yán)ΑＫ且环N常用來測(cè)量農(nóng)業(yè)機(jī)械 牽引阻力的儀器, 測(cè)量范圍3 000 kg , 精度2 %。
50 m 卷尺、300 mm 鋼板尺、標(biāo)志桿和秒表 等器材分別用于測(cè)試場(chǎng)地的測(cè)量、標(biāo)記、挖掘深 度測(cè)量和作業(yè)時(shí)間測(cè)量。
2.3 實(shí)驗(yàn)方法
將鏟篩狀態(tài)、機(jī)組作業(yè)深度和機(jī)組作業(yè)速度 作為試驗(yàn)因素, 因素水平見表1 。試驗(yàn)采用三因 素完全隨機(jī)等重復(fù)(3 次) 試驗(yàn)。
3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
3.1 圖像處理
對(duì)試驗(yàn)過程中由攝像機(jī)拍得的拉力表示值和 馬鈴薯挖掘機(jī)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)角等視頻數(shù)據(jù)可將其導(dǎo)入 計(jì)算機(jī)后, 用編寫的Matlab 程序進(jìn)行分析和處 理。也可使用其他具有視頻編輯和處理功能的軟 件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理。
本試驗(yàn)的視頻數(shù)據(jù)是使用豪杰超級(jí)解霸分解 攝像視頻文件后, 目測(cè)出各個(gè)工作狀態(tài)下的牽引 力, 利用AutoCAD 軟件測(cè)量出計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)所需 的角度值。
試驗(yàn)中利用攝像機(jī)拍攝的數(shù)據(jù)有兩種, 一種 是牽引力表盤顯示值, 通過人工讀取拉力表盤圖 片即可獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)。第二種是挖掘鏟傳動(dòng)軸轉(zhuǎn) 速, 它的讀取是通過在AutoCAD 里面插入所截 取出的相鄰的兩張圖片量取轉(zhuǎn)過的角度通過計(jì)算 得出轉(zhuǎn)速。
3.2 數(shù)據(jù)處理
馬鈴薯挖掘機(jī)牽引阻力是指拖拉機(jī)牽引馬鈴 薯挖掘機(jī)時(shí)所克服的機(jī)具阻力, 不包括作業(yè)機(jī)組 的拖拉機(jī)行走阻力。因此, 實(shí)際的馬鈴薯挖掘機(jī) 牽引阻力應(yīng)該是用牽引機(jī)組作業(yè)狀態(tài)時(shí)的拉力表 顯示值, 減去相同速度情況下機(jī)組非作業(yè)狀態(tài)(挖掘鏟處于未入土的懸掛狀態(tài)) 拉力表顯示值。
挖掘鏟傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算是先對(duì)攝像機(jī)拍攝 下有轉(zhuǎn)動(dòng)指針標(biāo)記的轉(zhuǎn)動(dòng)圖像按先后時(shí)序進(jìn)行圖 像截取, 然后測(cè)量出相鄰圖片之間指針的角度差, 根據(jù)攝像速度即可計(jì)算出指針轉(zhuǎn)速, 也即傳動(dòng)軸 轉(zhuǎn)速。攝像時(shí)圖片的拍攝速度是30 幀·s - 1 , 因 此生成圖像序列的相鄰兩張圖片的時(shí)間間隔為 1/ 29 s。用相鄰兩幀圖像的指針角度差除以1/ 29 s 就是指針旋轉(zhuǎn)的角速度, 再除以360 (或2π) 即 為指針每秒的轉(zhuǎn)數(shù)[6～10 ] 。
3.3 阻力狀況分析
將不同作業(yè)狀態(tài)下測(cè)得的牽引阻力數(shù)據(jù)運(yùn)用 Matlab 軟件繪制成曲線圖即可直觀顯示出馬鈴薯 挖掘機(jī)牽引阻力狀況。 1) 挖掘鏟不振動(dòng), 作業(yè)深度相同狀態(tài)下, 挖 掘機(jī)牽引阻力隨作業(yè)速度的變化情況。 由圖3 牽引阻力曲線可以看出: 挖掘鏟不振 動(dòng), 作業(yè)深度相同狀態(tài)下, 挖掘機(jī)牽引阻力隨作 業(yè)速度的增大而增大。曲線的波動(dòng)主要是由于挖 掘鏟篩上崛起物后移時(shí)不順暢, 常在鏟篩面形成 堆積、壅塞后再離開篩面, 牽引阻力值便出現(xiàn)大 幅波動(dòng)。
2) 作業(yè)深度和速度相同狀態(tài)下, 挖掘鏟不振 動(dòng)和振動(dòng)時(shí)的挖掘機(jī)牽引阻力狀況。 由圖4 牽引阻力曲線可以看出: 在作業(yè)深度 和速度相同狀態(tài)下, 挖掘鏟振動(dòng)時(shí)的牽引阻力遠(yuǎn) 小于不振動(dòng)狀態(tài)下的牽引阻力。而且鏟篩振動(dòng)時(shí), 鏟篩面上的崛起物能及時(shí)順暢地向后輸送和土壤 的篩分, 因此牽引阻力的波動(dòng)起伏范圍也明顯小 于鏟篩不振動(dòng)時(shí)的波動(dòng)。
3) 挖掘鏟振動(dòng), 作業(yè)深度相同狀態(tài)下, 挖掘 機(jī)牽引阻力隨作業(yè)速度的變化情況。 由圖5 的牽引阻力曲線可以看出: 在挖掘鏟 振動(dòng), 作業(yè)深度相同狀態(tài)下, 作業(yè)速度不同時(shí), 牽引阻力不同。振動(dòng)挖掘鏟篩的牽引阻力會(huì)隨著 作業(yè)速度的增大而增大, 但增幅要比鏟篩不振動(dòng) 時(shí)小的多。牽引阻力曲線有一定幅度的波動(dòng), 但 與挖掘鏟篩不振動(dòng)時(shí)的情況相比, 波動(dòng)情況要平 緩的多, 表明作業(yè)過程中牽引阻力有幅度不大的 一些變化, 且變化的值較小。
4) 挖掘鏟振動(dòng), 作業(yè)速度相同狀態(tài)下, 挖掘 機(jī)牽引阻力隨作業(yè)深度的變化情況。 圖6 的牽引阻力曲線表明: 挖掘鏟振動(dòng), 作 業(yè)速度相同狀態(tài)下, 作業(yè)深度不同時(shí)牽引阻力不 同。作業(yè)深度增大時(shí)牽引阻力會(huì)大幅增加, 并且 牽引阻力數(shù)值的波動(dòng)也會(huì)增大�？梢娮鳂I(yè)深度對(duì) 挖掘鏟篩牽引阻力有很大影響。
4 結(jié)論與建議
4.1 結(jié)論
初步的實(shí)地試驗(yàn)測(cè)試表明:
1) 鏟篩振動(dòng)狀態(tài)下可使挖掘馬鈴薯作業(yè)時(shí)的 牽引阻力大幅減小, 從而可大大降低拖拉機(jī)的牽 引功率。
2) 在較低作業(yè)速度情況下, 作業(yè)速度變化對(duì) 振動(dòng)挖掘鏟作業(yè)的牽引阻力影響不大。
3) 挖掘深度對(duì)振動(dòng)挖掘鏟作業(yè)的牽引阻力有 明顯影響。隨著作業(yè)深度的增加, 牽引阻力會(huì)明 顯增大。因此, 用振動(dòng)挖掘機(jī)進(jìn)行馬鈴薯收獲作 業(yè)時(shí)要充分掌握好挖掘深度, 以免拖拉機(jī)牽引功 率的過多消耗。
4.2 建議
1) 進(jìn)行鏟篩一體的振動(dòng)式馬鈴薯挖掘機(jī)牽引 阻力測(cè)試過程中, 發(fā)現(xiàn)鏟篩振動(dòng)時(shí), 拖拉機(jī)也發(fā) 生強(qiáng)烈振動(dòng), 極易引發(fā)拖拉機(jī)的損壞和駕駛員的 身體損傷。因此, 建議進(jìn)行與此相關(guān)的減振研究。
2) 由于條件所限, 我們只初步試驗(yàn)測(cè)試了一 種土壤狀況下, 振動(dòng)狀態(tài)、作業(yè)深度和作業(yè)速度 等小范圍變化時(shí)對(duì)牽引阻力的影響, 而振動(dòng)頻率、 振幅和振動(dòng)方向等因素的影響尚未涉及。因此建 議下一步應(yīng)進(jìn)行多種土壤狀況下, 針對(duì)更多的影 響因素進(jìn)行大范圍的試驗(yàn)測(cè)試與分析。
參 考 文 獻(xiàn)
[ 1 ] 宋言明, 王芬娥. 國(guó)內(nèi)外馬鈴薯機(jī)械的發(fā)展概況[J ] . 農(nóng)機(jī)化研究, 2008 (9) : 2242227.
[ 2 ] 單愛軍, 劉俊杰, 崔冰冰. 馬鈴薯收獲機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J ] . 農(nóng)機(jī)化研究, 2006 (4) : 19220.
[ 3 ] 金誠(chéng)謙, 吳崇友, 王煥然. 塊莖類作物機(jī)械化收獲需重點(diǎn)解決的技術(shù)問題[J ] . 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù), 2006 (3) : 15217.
[ 4 ] 韓世祥. 小型馬鈴薯收獲機(jī)械技術(shù)難題及發(fā)展探析[J ] . 農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化, 1999 (4) : 11212.
[ 5 ] 洪小勇. 對(duì)小型馬鈴薯收獲機(jī)械技術(shù)問題的探討[J ] . 甘肅農(nóng)業(yè), 2004 (10) : 115.
[ 6 ] 吳海平, 王玉順, 安愛琴, 等. 精密排種器排種質(zhì)量的機(jī)器視覺檢測(cè)與分析[J ] . 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2008 , 28 (3) : 3242328.
[ 7 ] 孫廷琮. 農(nóng)業(yè)機(jī)械測(cè)試技術(shù)[M] . 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社, 1987 : 224.
[ 8 ] 聯(lián)合國(guó)亞洲太平洋經(jīng)濟(jì)社會(huì)委員會(huì)農(nóng)業(yè)機(jī)械區(qū)域網(wǎng). 王金玲, 郭向謙, 譯. 農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)規(guī)范和程序[M] . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版 社, 1993 : 426.
[ 9 ] A. A. 維索茨基. 邊耀剛, 封家漢, 譯. 農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力測(cè)量及儀器[M] . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1960 : 16218.
[ 10 ] 余成波. 數(shù)字圖像處理及MATLAB 實(shí)現(xiàn)[M] . 重慶: 重慶大學(xué)出版社, 2003 : 2232269. (編輯: 馬榮博)
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