4S280 馬鈴薯振動挖掘機牽引阻力的測試分析

4S280 馬鈴薯振動挖掘機牽引阻力的測試分析

4S280 馬鈴薯振動挖掘機牽引阻力的測試分析

吳海平, 侯建麗, 郝琴, 王玉順
(11 山西農業大學工程技術學院, 山西太谷030801 ; 21 山西省農業機械化學校汽車工程系, 山西平遙031100 ; 31 中國移動通信集團山西有限公司晉中分公司, 山西晉中030600)
摘　要: 振動挖掘鏟可大幅降低其入土阻力, 4S280 馬鈴薯挖掘機采用鏟篩一體的振動式結構。為了探知振動鏟篩 的實際降阻效果, 設計了動態測試裝置, 并進行了幾種不同作業狀況下的牽引阻力測試。結果表明, 鏟篩振動狀態 下可顯著降低挖掘作業時的機具牽引阻力和拖拉機牽引功率; 低速作業時作業速度變化對振動挖掘鏟作業的牽引阻 力影響不大; 機具挖掘深度增加時, 拖拉機牽引阻力和牽引功率會明顯增大。
關鍵詞: 馬鈴薯挖掘機; 振動鏟篩; 牽引阻力
中圖分類號: S22517 文獻標識碼: A 文章編號: 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, 隨著農業種植結構調整步伐的加快, 我國馬鈴薯種植面積呈不斷上升的趨勢, 對馬鈴 薯收獲機械的需求日益增大。然而現有馬鈴薯收 獲機具大多采用固定式挖掘鏟, 牽引阻力和牽引 功率消耗過大, 中小型作業機組常常表現出牽引 力和牽引功率不足的情況[ 1～5 ] 。因此, 開展馬鈴 薯挖掘收獲時的減阻降耗相關研究, 探索出馬鈴 薯收獲時減阻降耗的有效途徑和方法, 對于提高 我國馬鈴薯機械化收獲水平和機收效率, 減少作 業成本和降低作業能耗, 減輕農民的勞動強度, 增加農民收入等都具有非常重要的意義。本文對 不同挖掘方式和工作狀態下的牽引阻力進行了測 試分析, 旨在找出牽引阻力的主要影響因素, 為 該類機械的設計、開發和運用提供參考和指導。
1 實驗目的與要求
實驗的目的是測試出鏟篩一體式馬鈴薯挖掘 機在不同工作狀況下的牽引阻力, 為挖掘鏟的改 進和優化設計提供參考和依據。
實驗要求測試出挖掘鏟在振動和不振動、不 同作業速度、不同作業深度等狀況下的牽引阻力 及其變化情況。 2 材料與方法 211 試驗場地 試驗地土壤為沙壤土, 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 , 試驗測試區長20 m。 212 實驗器材 實驗測試機具配置如圖1 所示。牽引動力采 用上海- 500 拖拉機, 用黃海- 250 拖拉機與4S2 80 馬鈴薯挖掘機掛接成為作業機組。 采用ZZLB21 型機械式自記拉力表(如圖2 所示) 測試拉力。它是一種常用來測量農業機械 牽引阻力的儀器, 測量范圍3 000 kg , 精度2 %。

50 m 卷尺、300 mm 鋼板尺、標志桿和秒表 等器材分別用于測試場地的測量、標記、挖掘深 度測量和作業時間測量。
2.3 實驗方法
將鏟篩狀態、機組作業深度和機組作業速度 作為試驗因素, 因素水平見表1 。試驗采用三因 素完全隨機等重復(3 次) 試驗。

3 實驗數據分析
3.1 圖像處理
對試驗過程中由攝像機拍得的拉力表示值和 馬鈴薯挖掘機傳動軸轉角等視頻數據可將其導入 計算機后, 用編寫的Matlab 程序進行分析和處 理。也可使用其他具有視頻編輯和處理功能的軟 件進行圖像數據的處理。
本試驗的視頻數據是使用豪杰超級解霸分解 攝像視頻文件后, 目測出各個工作狀態下的牽引 力, 利用AutoCAD 軟件測量出計算轉速時所需 的角度值。
試驗中利用攝像機拍攝的數據有兩種, 一種 是牽引力表盤顯示值, 通過人工讀取拉力表盤圖 片即可獲得相應數據。第二種是挖掘鏟傳動軸轉 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過的角度通過計算 得出轉速。
3.2 數據處理
馬鈴薯挖掘機牽引阻力是指拖拉機牽引馬鈴 薯挖掘機時所克服的機具阻力, 不包括作業機組 的拖拉機行走阻力。因此, 實際的馬鈴薯挖掘機 牽引阻力應該是用牽引機組作業狀態時的拉力表 顯示值, 減去相同速度情況下機組非作業狀態(挖掘鏟處于未入土的懸掛狀態) 拉力表顯示值。
挖掘鏟傳動軸轉速的計算是先對攝像機拍攝 下有轉動指針標記的轉動圖像按先后時序進行圖 像截取, 然后測量出相鄰圖片之間指針的角度差, 根據攝像速度即可計算出指針轉速, 也即傳動軸 轉速。攝像時圖片的拍攝速度是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 就是指針旋轉的角速度, 再除以360 (或2π) 即 為指針每秒的轉數[6～10 ] 。
3.3 阻力狀況分析
將不同作業狀態下測得的牽引阻力數據運用 Matlab 軟件繪制成曲線圖即可直觀顯示出馬鈴薯 挖掘機牽引阻力狀況。 1) 挖掘鏟不振動, 作業深度相同狀態下, 挖 掘機牽引阻力隨作業速度的變化情況。 由圖3 牽引阻力曲線可以看出: 挖掘鏟不振 動, 作業深度相同狀態下, 挖掘機牽引阻力隨作 業速度的增大而增大。曲線的波動主要是由于挖 掘鏟篩上崛起物后移時不順暢, 常在鏟篩面形成 堆積、壅塞后再離開篩面, 牽引阻力值便出現大 幅波動。

2) 作業深度和速度相同狀態下, 挖掘鏟不振 動和振動時的挖掘機牽引阻力狀況。 由圖4 牽引阻力曲線可以看出: 在作業深度 和速度相同狀態下, 挖掘鏟振動時的牽引阻力遠 小于不振動狀態下的牽引阻力。而且鏟篩振動時, 鏟篩面上的崛起物能及時順暢地向后輸送和土壤 的篩分, 因此牽引阻力的波動起伏范圍也明顯小 于鏟篩不振動時的波動。

3) 挖掘鏟振動, 作業深度相同狀態下, 挖掘 機牽引阻力隨作業速度的變化情況。 由圖5 的牽引阻力曲線可以看出: 在挖掘鏟 振動, 作業深度相同狀態下, 作業速度不同時, 牽引阻力不同。振動挖掘鏟篩的牽引阻力會隨著 作業速度的增大而增大, 但增幅要比鏟篩不振動 時小的多。牽引阻力曲線有一定幅度的波動, 但 與挖掘鏟篩不振動時的情況相比, 波動情況要平 緩的多, 表明作業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, 作業速度相同狀態下, 挖掘 機牽引阻力隨作業深度的變化情況。 圖6 的牽引阻力曲線表明: 挖掘鏟振動, 作 業速度相同狀態下, 作業深度不同時牽引阻力不 同。作業深度增大時牽引阻力會大幅增加, 并且 牽引阻力數值的波動也會增大。可見作業深度對 挖掘鏟篩牽引阻力有很大影響。

4 結論與建議
4.1 結論
初步的實地試驗測試表明:
1) 鏟篩振動狀態下可使挖掘馬鈴薯作業時的 牽引阻力大幅減小, 從而可大大降低拖拉機的牽 引功率。
2) 在較低作業速度情況下, 作業速度變化對 振動挖掘鏟作業的牽引阻力影響不大。
3) 挖掘深度對振動挖掘鏟作業的牽引阻力有 明顯影響。隨著作業深度的增加, 牽引阻力會明 顯增大。因此, 用振動挖掘機進行馬鈴薯收獲作 業時要充分掌握好挖掘深度, 以免拖拉機牽引功 率的過多消耗。
4.2 建議
1) 進行鏟篩一體的振動式馬鈴薯挖掘機牽引 阻力測試過程中, 發現鏟篩振動時, 拖拉機也發 生強烈振動, 極易引發拖拉機的損壞和駕駛員的 身體損傷。因此, 建議進行與此相關的減振研究。
2) 由于條件所限, 我們只初步試驗測試了一 種土壤狀況下, 振動狀態、作業深度和作業速度 等小范圍變化時對牽引阻力的影響, 而振動頻率、 振幅和振動方向等因素的影響尚未涉及。因此建 議下一步應進行多種土壤狀況下, 針對更多的影 響因素進行大范圍的試驗測試與分析。
參　考　文　獻
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