叶类设施蔬菜收获机设计与试验研究

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叶类设施温室蔬菜收获机是叶类设施温室蔬菜生产线的收获部分,收获环节是整个生产线中用工量最大、劳动强度最高、机械化水平最低的环节。本文为了提高设施温室的利用率,设计了设施蔬菜种植的新模式,并针对此模式进行了设施蔬菜收获机的设计。针对样机出现设施蔬菜收获失败的现象,对收获工艺进行改进,并由此对改进后样机的工作参数进行研究,完成了叶类设施温室蔬菜收获机的整机设计,具体内容如下:  (1)以提高设施温室蔬菜生产量为目标,设计了一种蔬菜种植新模式,采用A式不锈钢种植架,并将蔬菜种植在PVC材质的种植槽上,有效的提高了设施温室蔬菜的产量。针对新的种植模式,结合人工收获流程,设计一台叶类设施温室蔬菜通用收获机样机,并对样机的关键部分进行试验,出现收获不理想的现象,发现蔬菜在切割过程中没有足够的切割距离以及蔬菜切割刀具磨损严重的现象。首先对蔬菜收获机的工作流程进行改进,完成了新样机的总体方案设计。  (2)为防止蔬菜在收获过程中,由于拉拔效果不理想,菜叶被刀具切散的现象。主要原因是由于蔬菜拉拔高度不能满足收获要求,出现拉拔失败的现象。通过对蔬菜拉拔过程进行分析,刘蔬菜拉拔机理进行研究,确定了影响拉拔效果的主要因素,建立了数学关系式;通过对蔬菜和土基质力学特性的研究,进行了相关力学试验,建立离散元仿真模型,利用离散元仿真的方法对蔬菜拉拔机理进行分析,从而确定最佳拉拔力及拉拔效果的影响工作参数。  (3)为了更好的研究蔬菜切割过程,对设施蔬菜收获机的切割机理进行了研究。设计了切割试验装置和试验过程,利用万能试验机测绘了蔬菜茎部的切割力学曲线,并根据曲线的变化分析了蔬菜切割的全过程,利用有限元分析软件对蔬菜切割过程进行了动态模拟,通过仿真与试验相结合的方式验证了蔬菜切割的过程。利用切割断裂理论中的能量法对切割过程建立能量平衡方程,得到了蔬菜断裂韧性这一重要参数,并建立了设施蔬菜茎部切割数学模型,确定了蔬菜在切割过程中的变形阶段对蔬菜切割力的影响过大。  (4)蔬菜在收获过程中,断口不平齐,刀具磨损严重,这主要由于蔬菜在变形阶段的切割力过大引起的,而蔬菜茎部在变形阶段的切割力的切割性能主要由收获机构的工作参数决定。按照收获机的收获要求,设计并开发了设施蔬菜收获切割试验平台,以减少蔬菜茎部切割力大小为目标,利用响应曲面法对收获结构的工作参数进行优化,得到最优的工作参数组合,并将最优工作参数应用于实际切割中,验证了切割力的大小。同时利用有限元方法对蔬菜切割刀具进行疲劳分析,确定了蔬菜切割刀具在切割过程中可以达到使用寿命要求。设计并制造了设施蔬菜单排试验样机,经过验证,样机可以达到满足的技术要求,但是还存在着一些问题,并提出了相应的改进措施。
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