粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

吕金庆 孙 贺 兑 瀚 彭曼曼 于佳钰

(东北农业大学工程学院， 哈尔滨 150030)

粘重土壤下马铃薯挖掘机分离输送装置改进设计与试验

吕金庆 孙 贺 兑 瀚 彭曼曼 于佳钰

(东北农业大学工程学院， 哈尔滨 150030)

针对升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置普遍存在的在粘重土壤条件下升运链长度匹配性不佳等问题，设计了一种适宜粘重土壤的升运链输送分离装置。通过对该输送分离装置及薯土混合物的理论分析，确定了影响最佳薯土分离效果的主要因素，得到影响分离性能的升运链长度范围和抖动器等结构参数；以二级升运链长度、机具前进速度和升运链线速度为试验因素，以明薯率、伤薯率为试验指标进行田间试验，试验结果表明：二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时，其明薯率为98.1%，伤薯率为1.1%，高于马铃薯挖掘机的收获作业要求。满足粘重土壤条件下马铃薯挖掘机的作业要求。

马铃薯挖掘机； 粘重土壤； 输送分离装置

引言

马铃薯收获机械化是马铃薯全程机械化的关键环节，可提高劳动效率、增产增收[1-3]。目前我国北方粘重土壤条件下收获机械类型较多，但收获机械作业质量差别较大，主要问题表现在升运链长度与粘重土壤相适匹配性差影响升运分离效果；抖动轮的安装位置、振动幅度、振动频率等严重影响薯土混合物抛散筛分，进而影响分离效果[4-5]。所以研究与粘重土壤相适宜的马铃薯挖掘机升运链式分离装置具有重要意义。

国外发达国家多采用马铃薯联合收获机进行收获作业，具有多种、多级的输送分离装置，薯土分离效果较好，但不适宜北方一季作区的粘重土壤作业和小地块作业。我国马铃薯机械化收获形式主要采用分段收获，升运链式马铃薯挖掘机为应用最普遍的机型，升运链是其关键输送分离装置[6-7]，一般为单级升运链或二级升运链，并通过加装抖动器增加收获过程中的薯土混合物的抛散效果，但目前我国对升运链装置理论研究较少，挖掘机升运链长度与土壤物理特性、抖动轮工作性能等匹配不佳，导致薯土分离效果不佳和机械损伤大等问题，造成马铃薯挖掘机明薯率低等收获质量问题[8-10]。

针对上述问题，本文设计升运链式马铃薯挖掘机振动抛散、破碎分离输送装置，通过抛送分离、土壤破碎和土壤筛分的理论分析，得出适宜粘重土壤条件下的升运链长度范围和抖动器的结构参数，并通过田间试验确定最佳工作参数组合，有效提高升运链式马铃薯输送分离装置在粘重土壤工况下的薯土分离效果，减少马铃薯机械损伤。

1 结构和工作原理

设计的升运链式马铃薯挖掘机为双行，工作幅宽为1 650 mm，其结构如图1所示。主要包括悬挂架、切土圆盘、挖掘铲、压草轮、升运链式分离装置、地轮、传动系统等。挖掘装置采用浮动的切土圆盘和分体式挖掘铲结构，可有效降低工作阻力和强化挖掘性能。升运链式分离输送装置作为升运链式马铃薯挖掘机的主要核心部件，可对挖掘铲运送上来的薯土混合物进行分离、筛分，其结构参数与运动特性直接关系到薯土分离效果，影响收获质量。

图1 升运链式马铃薯挖掘机整机结构简图Fig.1 Structure sketch of lifting chain potato digger1.悬挂架 2.切土圆盘 3.挖掘铲 4.压草轮 5.第一级升运链 6.第二级升运链 7.地轮 8.传动系统

1.1 升运链式分离装置结构

升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置结构如图2所示，主要由升运链、前导向轮、后驱动轮、抖动器、张紧轮、调节臂等组成。

图2 输送分离装置结构简图Fig.2 Structure diagram of conveying and separating device1.前导向轮 2.张紧轮 3.第一级升运链驱动轮 4.升运链 5.抖动器 6.调节臂 7.第二级升运链驱动轮

该分离输送装置采用两级升运链式的结构设计，为满足其输送和破碎大块土垡能力，设计第一级升运链长度为2.1 m，安装倾角为16.5°，工作倾角可根据拖拉机牵引悬挂进行改变。第二级升运链安装有抖动器，为增强其破碎和筛分土壤能力，并由各部件安装位置关系，根据后续理论分析和试验得第二级升运链长度为3.1 m。

升运链采用带杆式，结构如图3所示，具有使用周期长、工作性能稳定、噪声小等优点[5]；升运链杆条直径为9～11 mm，本文设计杆条直径为11 mm；中国马铃薯块茎三轴尺寸中最小的厚度尺寸在30～80 mm之间[11]，为保证装置有效筛分土壤和薯块，设计杆条间距为44 mm。

图3 升运链结构图Fig.3 Structure diagram of lifting chain1.连接输送带 2.升运链杆条 3.铆钉

抖动器用于抛散薯土混合物，强化分离性能，增加升运链所移动土壤的破碎率[12]。根据各工作部件结构配置和整机传动设计要求，抖动器安装在后驱动轮的张紧边下侧，在第二级升运链前导向轮和后驱动轮中间位置，其结构如图4所示，该抖动器为双滚子式主动型抖动器，独立的滚子可绕自身固定轴转动。本文马铃薯挖掘机作业条件为粘重土壤条件，粘重土壤为土壤质地中粘粒(土壤颗粒粒径小于0.001 mm)含量在30%～40%[13-14]，其特点是土壤粘结力、粘着力较大。抖动器的振幅范围为15～60 mm[15]，为增强破碎、筛分土壤能力，设计抖动器振幅为60 mm，后续的理论分析确定抖动器工作频率为6 Hz。由于其安装位置和产生固定振幅的要求，设定滚子直径为80 mm，其工作圆周半径为100 mm，其转过一周可对升运链产生两次往复振动，增强了第二级升运链的抛散破碎能力。

图4 抖动器结构图Fig.4 Structure diagram of jitter

1.2 工作原理

挖掘铲挖掘出的土薯混合物，随机具的前进而沿铲面向上运动(如图1所示)，进入第一级升运链。土薯混合物随第一级升运链上升，初步筛分土壤、破裂大块土垡，当土薯混合物运动到第一级升运链末端，落至第二级升运链上，第二级升运链由于抖动器作用，使升运链向上运动的同时伴随产生一定频率、振幅的振动，对薯土混合物产生输送、分离、破碎和筛分等作用，分离出的薯块最终被输送到机器的末端，散落到地面上铺放成条[16]。

2 运动特性分析及升运链长度确定

从两方面进行运动分析研究：输送分离装置的运动和薯土混合物的运动。输送分离装置的结构参数直接关系到薯土混合物在升运链上的运动状态，进而影响收获效果，其中升运链长度和抖动器的工作参数是影响薯土分离效果的主要因素。升运链长度过小，会造成薯土分离效果不佳、明薯率偏低等收获问题；长度过长，会造成伤薯率偏高，且会导致整机结构过长。所以，针对粘重土壤作业条件下升运链长度的研究具有重要意义。

2.1 输送分离装置的运动分析

通过抖动器周期转动带动升运链在垂直链面方向做上下往复振动，升运链的振动为简谐运动。以垂直于链面的方向向上为位移的正方向，升运链抖动时的最低点为位移零点，得位移与时间方程

(1)

式中X——升运链沿垂直于链面方向的位移，m

A——升运链随抖动轮振动的振幅，m

ω——升运链振动的角速度，rad/s

β——简谐振动的初相位角，(°)

位移方程对时间t求一阶导数，得速度方程

(2)

式中v——升运链沿垂直于链面方向的速度，m/s

位移方程对时间求二阶导数，得升运链沿垂直于链面方向的加速度

(3)

升运链振动的频率与抖动器产生的频率相同，由频率和角速度之间的关系得

ω=2πf

(4)

式中f——抖动器频率，Hz

将公式(4)代入公式(2)和公式(3)得

v=-Afπsin(2πft+β)

(5)

a=-2π2Af2cos(2πft+β)

(6)

由式(5)和式(6)可得到抖动器作用升运链产生的振幅和频率，对升运链垂直链面方向上速度、加速度的影响关系。

2.2 薯土混合物的运动分析及结构参数确定

进入马铃薯挖掘机分离输送装置的薯土混合物，会经历多次分离、抛散、破碎、筛分等复杂过程[17]。对薯土混合物在升运链上被抛起过程分析，可确定抖动器结构；土壤与马铃薯分离后，小于杆条间隙的土块随升运链运动被筛下，大于杆条间隙的土块会再经历破碎过程再被筛分，通过对土块破碎和筛分过程的运动学分析，计算出满足土壤被破碎并被筛分的最大升运链长度范围，进而得出与粘重土壤相匹配的升运链长度。

2.2.1抛送过程分析及抖动器参数的确定

在第一级升运链上，薯土混合物随升运链的运动向后输送，到达第二级升运链时，由于抖动器作用，会对薯土混合物产生抛散作用[11,18]。其抛散程度与抖动器的作用相关，同时为了保证向后输送的目的，对其进行力学和运动学分析。

当升运链振动达到最大振幅时，薯土混合物将被抛起。对其进行力学分析如图5所示，薯土混合物抛离升运链前，受升运链和其他薯土混合物的摩擦力f1，使其随升运链向后输送，受抖动器作用，使薯土混合物受到沿垂直于链面向上的惯性力W1和升运链对其支持力FN。建立直角坐标系，X轴方向为平行于升运链线速度方向，Y轴为垂直于链面方向，当支持力FN为零，沿Y轴建立平衡方程

W1≥m1gcosα

(7)

其中

W1=-m1a

式中m1——薯土混合物质量，kg

α——升运链工作倾角，(°)

g——重力加速度，m/s2

将式(6)代入式(7)，此时的加速度取最大，得

2π2Af2≥gcosα

(8)

图5 抛起过程力学分析Fig.5 Mechanical analysis of throwing process

图6 薯块的抛起输送过程运动学分析Fig.6 Kinematic analysis of throwing and conveying process of potato

对其进行运动学分析，如图6所示，建立直角坐标系，X轴为升运链线速度方向，Y轴为垂直于链面方向。若实现上行输送条件，薯土混合物在升运链线速度方向分速度之和大于零，得

v0-v1cosαgt;0

(9)

式中v0——升运链运动线速度，m/s

v1——机具前进速度，m/s

薯土混合物脱离升运链被抛起的最大高度为

(10)

式中v2——分离物在垂直于链面方向的分速度，m/s

由式(5)可知，升运链沿垂直于链面方向的速度在上极限位置时

v2=πAf

(11)

由文献[19]可知，薯块被抛起高度不应大于0.3 m，此时对马铃薯机械损伤较小，马铃薯收获机的作业速度为0.6～1.8 m/s，升运链工作倾角为18°～34°。由式(8)、(10)、(11)计算得

Af≤0.38 m/s

(12)

从上述分析可知：抖动器的振幅和频率影响着薯土混合物在升运链被抛起高度，当振幅、频率满足一定关系时，能够增强薯土混合物的抛散作用，且减少伤薯。

根据马铃薯收获机分离装置设计要求，抖动器的频率范围为3～8 Hz。收获期的马铃薯地块含水率小于25%[20]，其粘着力较大，土壤多会粘结薯块，进而对抛起后薯块撞击杆条时有一定保护作用。振幅和频率过小，会造成薯土分离效果不佳；过大，会造成伤薯率偏高，还会影响升运链的输送能力。根据式(12)并综合前期研究，确定抖动器工作振幅A=60 mm，频率f=6 Hz。

抖动器的类型可分为主动型和从动型两种。从动型抖动器随着升运链进行运动，并进行振动，受升运链线速度限制，其无法直接改变自身频率大小；主动型抖动器可以自由调节自身转速，从而改变升运链的振动频率。本文设计的抖动器为主动型，设其转速为n，则抖动器产生的频率计算公式为

(13)

式中Z——抖动器凸顶数，个抖动器的转速与拖拉机动力输出轴转速、减速器减速比相关，计算可得凸顶数Z=2，满足升运链可抛送薯土混合物要求。

2.2.2碎土过程分析及破碎段升运链长度确定

在第二级升运链，受抖动器振动作用，主要发生土块被破碎的过程，也包括薯块、土壤和根须的三者分离。此过程会发生薯土混合物与抖动链共振，当混合物抛起后下落时，又与升运链杆条相碰撞，使其分离，使土块破裂或破碎[21]。

图7 土块破碎过程的分析Fig.7 Analysis of crushing process

将土块理想化为一个球体，对整个破碎过程进行分析。实际的杆条与土块撞击，瞬时的惯性力远大于升运链自身振动对土块产生的惯性力。设垂直于工作链面的加速度a为土块的加速度。如图7所示，对P点列力矩方程，若保证土块被正常破碎，需保证其所受破碎力矩大于其内力的吸附力矩，得

(14)

其中

(15)

式中W3、W4——两半球体所受惯性力，N

F3、F4——土块粘结力，N

f3、f4——土块所受周围物体的作用力，N

h1、h2——质心与土块断裂面的垂直距离，mm

m3、m4——半球体质量，kg

h′1、h′2——P点与重力G3、G4的垂直距离，mm

G3、G4——土块两分离体S3、S4的重力，N

H——土块质心与升运链链面垂直距离，mm

将式(3)、(15)代入式(14)得

(16)

令

(17)

得破碎力矩方程

M0=KAf2cos(2πft+β)+B

(18)

由式(18)可知，分离输送装置的破碎能力与抖动器产生的振幅A和频率f的平方成正比。

忽略破碎过程其他物体对薯土混合物的作用力，得到土壤破碎所需的破碎力矩和升运链对土壤产生的破碎力矩为

(19)

设球体土块的半径为R，根据几何关系可知

(20)

土壤的破碎难易程度与土壤强度成正比，粘结力是产生土壤强度的主要原因，土壤的粘结力计算式为

F=cS

(21)

式中S——土壤断裂面的面积，cm2

c——土壤粘结强度，kPa

土壤的质量

m=γV

(22)

式中γ——土壤容重，g/cm3

V——土壤容积，cm3

将式(20)～(22)代入式(19)，加速度函数取最大值时，升运链产生最大破碎力矩。

(23)

化简公式，从式(23)可看出，土块撞击杆条所受惯性力矩为破碎土块的最主要的力矩。破碎过程中，土块会沿惯性力矩方向和土块粘结力方向发生微小位移，惯性力矩和土块内部粘结力矩在其方向上做功，在数值上，将惯性力矩和土块内部粘结力矩视为升运链产生破碎能和土块破碎所需能量[22]，则

γAf2π3R4=Ei

(24)

πR3c=E

(25)

式(24)为升运链对土块产生一次破碎冲击的能量，式(25)为土块彻底破碎所需要的总能量。

土块彻底破碎所需要的比冲击破碎能为[23-24]

(26)

升运链对土块产生一次比冲击破碎能

(27)

升运链可破碎土块的冲击次数为

(28)

一般旱作土壤耕作层容重为1.0～1.3 g/cm3，收获期马铃薯地块的土壤容重较大，取土壤容重γ=1.3 g/cm3。北方作业区粘黑钙土收获期土壤含水率为15%～24%，土壤的平均粘结强度c为10～12 kPa，计算取最大粘结强度为c=12 kPa。

本文设计升运链杆条间隙为33 mm，若被破碎后，可筛下的土块半径Rlt;16.5 mm，取破碎前土块半径R=33 mm。代数计算，得ni=13.12，取整数ni=14，即经过升运链对土块振动冲击14次达到土块被破碎所需破碎能，升运链产生加速度满足简谐振动，一个周期内产生两次冲击最大值，方向相反，即升运链简谐运动经过ni/2个周期，土块破碎。则土块破碎过程所经过的长度为

(29)

式中T——升运链简谐运动的周期，s

马铃薯收获机升运链的线速度一般在1.0～1.6 m/s为宜[17,25]。计算得土块破碎过程所经过的长度S1在1.17～1.87 m范围内，即需要升运链长度L1为1.17～1.87 m。

2.2.3筛分过程分析及筛分段升运链长度确定

被破碎后土块的直径小于升运链的杆条间隙时，随升运链振动向后输送时，由于惯性力的作用沿杆条间隙被筛下。土块筛分的主要形式是土块从杆条间隙中漏过。将土块理想化为球状散粒体，建立土壤筛分过程的运动模型，如图8所示，土球完成在升运链杆条间筛分所走过的沿垂直链面方向的位移为hs，由位移与时间关系可知

(30)

式中a0——重力加速度沿垂直链面方向分量，m/s2

vs——垂直于链面方向的速度，m/s

d0——被筛分的土球直径，mm

d——杆条直径，mm

t0——土球被筛下所用时间，s

图8 土球筛分过程分析Fig.8 Analysis of screening of soils

升运链抖动使土球具有沿垂直于升运链链面的方向速度vs，即

vs=-Afπsin(2πft+β)

(31)

当vs沿垂直于链面方向向上时，数值最大，即

vsmax=Afπ

(32)

可被筛分的土球直径最大为33 mm时，位移hs最大，土球被筛分所经历时间最长。计算得土球被筛分经历最长时间为0.17 s。即被破碎后小于杆条间隙的土块完成筛分过程需要0.17 s，此时土球沿升运链线速度方向运动的位移为

S2=v0t

(33)

即直径小于杆条间隙的土球筛分过程所需要的升运链长度L2=S2，计算得L2为0.17～0.27 m。

根据土块被破碎和筛分过程的分析，可计算出完成土块破碎和分离需要的升运链长度L1+L2为1.34～2.14 m，则计算出在粘重土壤条件下，提高薯、土分离能力的马铃薯挖掘机升运链长度为2.7～4.3 m。

3 田间试验

3.1 试验条件

2016年9月末在黑龙江省农业科学院试验基地(作业面积4 hm2、黑粘土)、黑龙江省克山(作业面积3 hm2、黑粘土)进行了田间收获试验。试验地为旱地垄播，试验区的垄长大于500 m，垄距为800 mm，垄高280 mm，土壤含水率为18.8%。品种为：大西洋、克新19，垄播株距约为200 mm，结薯深度为150～300 mm。马铃薯挖掘机配套动力为泰山1004型拖拉机，功率为88.4 kW，田间作业情况如图9所示。

图9 收获试验Fig.9 Harvest experiment

3.2 试验方法及试验目的

根据国家行业标准《NY/T 648—2002马铃薯收获机质量评价技术规范》规定的试验方法，在垄播旱地类型马铃薯种植田地进行收获试验。为测定升运链式马铃薯挖掘机输送分离装置在粘重土壤条件下的分离输送性能，考虑影响其土薯分离效果的主要因素[26]，以升运链长度、机具前进速度、升运链线速度为试验因素；以明薯率和伤薯率作为本试验评价指标，进行二次正交旋转组合试验。收获试验后，随机取两行长度为10 m的试验区域进行数据采集测量，每组试验重复3次。

3.3 试验方案与结果分析

3.3.1试验方案及结果

采用二次正交旋转组合试验设计安排试验，以明薯率和伤薯率为试验指标，各试验因素水平范围为：机具的前进速度为0.6～1.8 m/s、升运链的线速度为0.8～2.4 m/s，根据理论分析部分所得基础数据，选定升运链的长度为2.5～4.5 m。通过试验结果分析，得到影响试验指标的3个因素的显著性，并进行分析，根据实际需求对各参数组合进行优化，最终获得较合适的各因素水平组合。试验因素水平编码如表1所示，试验方案与试验结果如表2所示。

表1 试验因素编码Tab.1 Experimental factors and levels

3.3.2试验结果分析

利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行二次回归分析，并进行多元回归拟合，得到明薯率Y1和伤薯率Y2的回归方程，并进行显著性检验。

(1)明薯率Y1

(34)

对上述回归方程进行失拟检验，结果如表3所示，试验指标和试验因素存在显著的二次关系，分析结果合理。

表2 试验方案与试验结果Tab.2 Test plan and experimental data

(2)伤薯率Y2

(35)

对上述回归方程进行失拟性检验，结果如表4所示，验证分析结果合理。

3.3.3响应曲面分析

通过Design-Expert 8.0.6软件对数据的处理，得出二级升运链长度x1、机具前进速度x2、升运链线速度x3之间的显著和较显著交互作用对明薯率Y1、伤薯率Y2两个试验指标影响的响应曲面，如图10所示。

如图10a所示，当二级升运链长度一定时，明薯率Y1整体上随机具前进速度的增加呈先增加后减小趋势，最优的机具前进速度范围为0.8～1.6 m；当机具前进速度一定时，明薯率Y1整体上与二级升运链长度成正相关，最佳的升运链长度范围为3.7～4.5 m，其中，二级升运链长度是影响明薯率的主要试验因素。

表3 明薯率Y1方差分析Tab.3 Variance analysis for obvious rate

注：“/”后面数字为剔除不显著因素后明薯率Y1方差分析结果。*** 表示极显著(Plt;0.01)；** 表示显著(0.01lt;Plt;0.05)；*表示较显著(0.05lt;Plt;0.10)。下同。

表4 伤薯率Y2方差分析Tab.4 Variance analysis for injury rate

图10 明薯率和伤薯率的双因素响应曲面Fig.10 Response surfaces of double parameters about obvious rate and injury rate

如图10b所示，二级升运链长度一定时，明薯率Y1随着升运链线速度的增加呈先增加后减小趋势，最优的升运链线速度范围为1.1～1.8 m；当升运链线速度一定时，明薯率Y1与二级升运链长度成正相关，最优的二级升运链长度在4.1～4.5 m范围内，其中，二级升运链长度是影响明薯率的主要试验因素。

如图10c所示，当二级升运链长度一定时，伤薯率Y2整体上随着机具前进速度的增加而减小，最佳的机具前进速度范围为1.1～1.8 m/s；当机具前进速度一定时，伤薯率Y2随二级升运链长度的增大而逐渐增大，最佳的二级升运链长度范围为2.5～3.7 m，其中，影响伤薯率Y2的主要试验因素是二级升运链长度。

3.3.4参数优化与验证

通过对图10中3个响应曲面的分析，为得到最佳的试验因素水平组合，利用Design-Expert 8.0.6软件中的优化模块对3个回归模型进行求解，根据马铃薯挖掘机收获作业的实际工作条件、作业性能要求及上述相关模型分析结果，选择优化约束条件[27]为

(36)

通过优化求解，得到二级升运链长度范围为3.1～4.1 m，机具前进速度为1.0～1.6 m/s，升运链线速度为1.3～1.6 m/s时，分离装置输送分离性能最好，明薯率为98.1%～98.7%，伤薯率为0.9%～1.2%。

3.4 验证试验

验证试验的试验条件、试验测试方法与正交试验相同，比较经过改进设计和优化调节后的明薯率和伤薯率与标准指标值之间的差异，进而验证该升运链式马铃薯分离输送装置的分离输送性能。

考虑到加工和实际的作业要求，升运链式分离输送装置结构参数和作业参数选择为：二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s，相对应优化的试验指标明薯率为98.1%、伤薯率为1.1%。将上述因素水平进行验证试验，其中测量结果为3次测量的平均值，与相关评价标准进行结果对比[28]。

验证试验结果表明，本设计的升运链式分离输送装置其明薯率为98.3%、伤薯率为1.0%，与优化所得结果基本一致，且均明显优于相关标准。其明薯率较高，是由于升运链长度足够长，能够将马铃薯与土壤分离，大部分土块被筛分，减少了马铃薯被输送后方时的土壤量，且机具前进速度和升运链线速度等工作参数合理，分离效果提升，明薯率提高；伤薯率较低，主要是由于升运链长度设计合理，在满足筛分前提下，尽量减少马铃薯与杆条直接接触的升运链行程范围，减少碰撞，降低了伤薯率。验证试验表明相关优化组合合理，按优化参数调节后的升运链式分离装置提高粘重土壤条件下的薯土分离效果，满足作业要求。

4 结论

(1)设计的升运链式分离输送装置，能够满足粘重土壤条件下的马铃薯收获作业。升运链长度和抖动器结构的设计，增加了对薯土混合物抛散、分离的作用，提高了破碎、筛分土壤能力，提升了马铃薯挖掘机作业效率。

(2)进行田间试验，建立试验指标与影响因素的回归模型，并进行优化求解，试验结果表明：当二级升运链长度为3.1 m、机具前进速度为1.2 m/s、升运链线速度为1.5 m/s时，相对应的试验指标明薯率为98.1%、伤薯率为1.1%，各项指标均优于国家行业标准。

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DesignandExperimentonConveyorSeparationDeviceofPotatoDiggerunderHeavySoilCondition

LÜ Jinqing SUN He DUI Han PENG Manman YU Jiayu

(CollegeofEngineering,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

Aiming at the problems that the length of lifting chain, jitter separation ability and separation effect of the mixture of potatoes were not matched, the new type of lifting chain device of potato digger under the condition of heavy soil was designed. Based on the theoretical analysis of the separation, deliver and disintegration of the mixture and the mixture of potato and soil on the lifting chain, the main factors influenced the separation effect of the dispersion and crushing were obtained, and the range of lifting chain length and structure parameters of jitter that affected the process of transportation was got. The combination design of orthogonal and quadratic regression equation for the flail was adopted. Taking the length of the second elevator chain, forward speed of machine and velocity of lifting chain as the experimental factors, the field experiment was carried out to test the obvious potato rate and the injured potato rate. The test was implemented in agricultural sciences of academy in Heilongjiang Province at the beginning of September, 2016. The experimental data was processed and optimized by software Design-Expert 8.0.6. The importance of main factors affecting obvious rate was the second elevator chain length and the forward speed of machine. The importance of main factors affecting injury rate was the second elevator chain length, the forward speed of machine and the velocity of the lift chain. Test results showed that when the second elevator chain length was 3.1 m, the forward speed of machine was 1.2 m/s, lifting chain line speed was 1.5 m/s, the obvious potato rate was 98.1%, and the injured potato rate was 1.1%. The function of machine was fully suitable for the potato excavator harvesting requirements. The relationship between the structure and position of jitter on digger, the installation position of the jitter, and the effects of separation and dripped of potato that suited the condition of heavy soil was determined. The research provided an important theoretical support and reference for the improvements and optimization of the lifting chain conveyor separation parts on potato digger.

potato digger; sticky soil; conveyor separation device

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.018

S225.7

A

1000-1298(2017)11-0146-10

2017-06-02

2017-09-03

国家重点研发计划项目(2016YFD0701600、2017YFD0700705)、现代农业产业技术体系建设专项资金项目(CARS-10-P22)、黑龙江省重大科技攻关项目(GA15B401)和北方马铃薯全程机械化科研基地项目

吕金庆(1970—)，男，研究员，主要从事马铃薯新型技术及装备研究，E-mail： ljq8888866666@163.com