彈齒滾筒式撿拾器撿拾性能試驗(yàn)

郁志宏 王文明 莫日根畢力格 劉偉峰 李 林 崔紅梅

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 呼和浩特 010018； 2.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系， 邢臺(tái) 054035)

彈齒滾筒式撿拾器撿拾性能試驗(yàn)

郁志宏1王文明2莫日根畢力格1劉偉峰1李 林1崔紅梅1

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 呼和浩特 010018； 2.邢臺(tái)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系， 邢臺(tái) 054035)

在彈齒滾筒式撿拾器試驗(yàn)臺(tái)上，以紫花苜蓿為撿拾對(duì)象，滾筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器前進(jìn)速度和牧草含水率為試驗(yàn)因素，功率消耗與撿拾損失率作為性能檢測(cè)指標(biāo)，進(jìn)行了正交試驗(yàn)和彈齒端部加速度試驗(yàn)，旨在探索彈齒滾筒式撿拾器的工作參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與牧草收獲條件對(duì)撿拾性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：凸輪廓線對(duì)撿拾器工作性能有較大影響；滾筒轉(zhuǎn)速和牧草含水率均對(duì)撿拾器工作性能影響極顯著，機(jī)器前進(jìn)速度對(duì)工作性能影響顯著；撿拾器工作性能的影響因素主次順序?yàn)闈L筒轉(zhuǎn)速、牧草含水率、機(jī)器前進(jìn)速度，最佳性能參數(shù)組合為滾筒轉(zhuǎn)速42 r/min、機(jī)器前進(jìn)速度4.0 km/h、牧草含水率15.1%。彈齒端部加速度頻譜分析表明：在滾筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器前進(jìn)速度保持一定的情況下，隨著牧草含水率的增加，彈齒端部加速度呈上升趨勢(shì)，撿拾器功率消耗增加，撿拾效率下降。

彈齒滾筒式撿拾器； 工作性能； 影響因素； 試驗(yàn)

引言

彈齒滾筒式撿拾器是撿拾壓捆機(jī)及收獲機(jī)械關(guān)鍵部件之一，其撿拾性能直接影響撿拾壓捆機(jī)的撿拾質(zhì)量，對(duì)整機(jī)性能也有影響[1-2]，滾筒轉(zhuǎn)速和機(jī)器前進(jìn)速度是影響彈齒滾筒式撿拾器撿拾質(zhì)量的主要工作參數(shù)。不同牧草儲(chǔ)運(yùn)方式對(duì)收獲牧草含水率有不同的要求，研究牧草含水率對(duì)撿拾性能的影響，以確定不同牧草含水率條件下的撿拾器工作參數(shù)匹配關(guān)系，可為撿拾器的研發(fā)制造和使用提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。國(guó)外學(xué)者對(duì)撿拾壓捆機(jī)的研究多集中在整機(jī)性能的綜合研究上[3-4]，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)彈齒滾筒式撿拾器作過(guò)相關(guān)理論分析和試驗(yàn)研究，但是引入牧草含水率對(duì)彈齒滾筒式撿拾器撿拾質(zhì)量進(jìn)行研究較少[5-17]。

前期課題組根據(jù)撿拾要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺(tái)以及控制彈齒運(yùn)動(dòng)的凸輪軌道廓線[18-20]。本文以牧草含水率、滾筒轉(zhuǎn)速和機(jī)器前進(jìn)速度為試驗(yàn)參數(shù)，利用原機(jī)凸輪軌道和課題組前期優(yōu)化設(shè)計(jì)的凸輪軌道進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)，旨在探究彈齒滾筒式撿拾器的工作參數(shù)(滾筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器前進(jìn)速度)、結(jié)構(gòu)參數(shù)(凸輪廓線)與牧草收獲條件(含水率)對(duì)撿拾性能的影響。

1 試驗(yàn)裝置及工作機(jī)理

1.1 試驗(yàn)裝置

彈齒滾筒式撿拾器試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由彈齒滾筒式撿拾器、輸送帶、集草箱、草條車(chē)、草條車(chē)軌道和動(dòng)力輸送部分等組成。本試驗(yàn)以彈齒滾筒式撿拾器對(duì)草條車(chē)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模擬撿拾器在草場(chǎng)地面上的運(yùn)動(dòng)。彈齒滾筒式撿拾器按一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，將鋪有草條的草條車(chē)按一定速度在軌道上移動(dòng)至滾筒撿拾器底部，彈齒接觸草條，將其撿拾升運(yùn)，拋送至輸送帶，最后運(yùn)送至集草箱。

圖1 撿拾器試驗(yàn)臺(tái)三維圖Fig.1 3D model of test bench of spring-finger cylinder pickup collector1.鏈傳動(dòng) 2.電動(dòng)機(jī) 3.扭矩傳感器 4.膠帶傳動(dòng) 5.集草箱 6.帶式輸送器 7.滾筒撿拾器 8.后側(cè)護(hù)板 9.草條車(chē)

1.2 工作機(jī)理

彈齒滾筒式撿拾器試驗(yàn)臺(tái)工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)鏈傳動(dòng)傳遞動(dòng)力至滾筒，使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)彈齒隨凸輪軌道廓線形狀而運(yùn)動(dòng)，鋪有草條的草條車(chē)在另一電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在軌道上直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)草條車(chē)運(yùn)動(dòng)到滾筒下方時(shí)，滾筒上的彈齒接觸牧草，從而完成對(duì)牧草的撿拾，最后帶式輸送器將牧草輸送至集草箱。

1.3 凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律

撿拾器凸輪軌道按工作階段分為放齒、升運(yùn)、收齒3個(gè)工作區(qū)域，如圖2所示，以極坐標(biāo)中基圓中心為原點(diǎn)，凸輪轉(zhuǎn)角為φ，以x軸為始邊，根據(jù)撿拾器運(yùn)動(dòng)方向，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，得到撿拾器的凸輪運(yùn)動(dòng)各工作階段示意圖，r為彈齒端部回轉(zhuǎn)半徑。

圖2 凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律Fig.2 Motion law of cam1.凸輪軌道輪廓 2.彈齒 3.彈齒端部運(yùn)動(dòng)軌跡

根據(jù)對(duì)彈齒運(yùn)動(dòng)的要求，凸輪運(yùn)動(dòng)3個(gè)階段變化情況如下：

(1)放齒階段：彈齒快速伸入草層進(jìn)行牧草撿拾。此時(shí)彈齒由基圓處開(kāi)始，轉(zhuǎn)到滾筒下方并轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，彈齒伸長(zhǎng)至滾筒外達(dá)到最大尺寸。

(2)升運(yùn)階段：彈齒將撿拾起的草條平穩(wěn)升運(yùn)，此時(shí)彈齒伸出長(zhǎng)度不變。

(3)收齒階段：彈齒運(yùn)動(dòng)到滾筒上方，向后拋送草條，并開(kāi)始收齒。隨之彈齒向后呈現(xiàn)傾斜，起到向后拋送草條的作用；最后彈齒運(yùn)動(dòng)到垂直狀態(tài)，快速回縮進(jìn)滾筒的護(hù)板內(nèi)。

1.4 優(yōu)化前后的撿拾器凸輪軌道

1.4.1 優(yōu)化前凸輪軌道

優(yōu)化前的撿拾器凸輪是9KJ- 1.4A型壓捆機(jī)上的撿拾器凸輪，如圖3所示，其軌道廓線形似豆形，但撿拾器凸輪設(shè)計(jì)機(jī)理并不清晰。

圖3 優(yōu)化前凸輪軌道Fig.3 Original cam

凸輪廓線形狀決定了彈齒端部的運(yùn)動(dòng)軌跡，課題組前期研究分析發(fā)現(xiàn)，其彈齒端部水平分速度和垂直分速度變化趨勢(shì)較為合理，但彈齒接觸牧草時(shí)線速度略大，會(huì)加大對(duì)牧草的沖擊作用；彈齒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中加速度有突變，且數(shù)值較大，這會(huì)造成使用過(guò)程中滾輪對(duì)滑道的沖擊力較大，工作不平穩(wěn)[12,18]，說(shuō)明優(yōu)化前的凸輪廓線存在一定的缺陷。

1.4.2 優(yōu)化后凸輪軌道

課題組在研究多種不同類(lèi)型撿拾器凸輪軌道曲線的基礎(chǔ)上，對(duì)凸輪軌道廓線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的凸輪廓線設(shè)計(jì)機(jī)理清晰[18]，基本解決了原凸輪廓線下彈齒運(yùn)動(dòng)所存在的問(wèn)題。優(yōu)化后的凸輪軌道如圖4所示，優(yōu)化前后凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

圖4 優(yōu)化后凸輪軌道Fig.4 Improved cam表1 優(yōu)化前后凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Design parameters for cam mechanism

參數(shù) 優(yōu)化后優(yōu)化前彈齒桿數(shù)量z55滾筒半徑R/mm125.0163.0曲柄長(zhǎng)度l1/mm80.0114.0彈齒長(zhǎng)度l2/mm178.0202.0彈齒與曲柄夾角γ/rad1.100.48滾子半徑r/mm17.517.5基圓半徑R0/mm58.079.0

2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為紫花苜蓿，購(gòu)自內(nèi)蒙古蒙草有限公司，初始含水率45%。

2.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

圖5為彈齒滾筒式撿拾器試驗(yàn)臺(tái)，圖6為傳感器布置圖，圖7為撿拾器試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)，由功耗測(cè)試系統(tǒng)和加速度測(cè)試系統(tǒng)組成。功耗測(cè)試系統(tǒng)由JN338型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器及N-338M-A型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x組成，加速度測(cè)試系統(tǒng)由52-0050-02-360-XY型無(wú)線加速度傳感器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)及計(jì)算機(jī)組成，試驗(yàn)臺(tái)草條車(chē)的前進(jìn)速度由CNT800-4T0075G 型多功能全數(shù)字式變頻器控制，滾筒轉(zhuǎn)速由VARISPEED-616G5型變頻器控制。

圖5 試驗(yàn)臺(tái)Fig.5 Test bench

圖6 無(wú)線加速度傳感器布置Fig.6 Wireless acceleration sensor arrangement

圖7 試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)布置圖Fig.7 Test system arrangement plan of spring-finger cylinder pickup collector test bench1.計(jì)算機(jī) 2.無(wú)線網(wǎng)關(guān) 3.電動(dòng)機(jī)1 4.變頻器1 5.控制柜1 6.滾筒 7.輸送帶 8.聯(lián)軸器 9.電動(dòng)機(jī)2 10.變頻器2 11.控制柜2 12.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器 13.集草箱 14.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x 15.JN338型轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x 16.滾輪 17.凸輪軌道 18.彈齒 19.無(wú)線加速度傳感器

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.3.1 試驗(yàn)性能指標(biāo)

撿拾器撿拾損失率為撿拾器在撿拾過(guò)程當(dāng)中漏撿部分質(zhì)量占測(cè)定地段上的被撿牧草全部質(zhì)量的百分比。

撿拾器損失率為

(1)

式中Sj——損失率，%L——測(cè)定長(zhǎng)度，mWj——撿拾器漏拾牧草質(zhì)量，gPt——每米草條質(zhì)量，kg/m

撿拾器功率消耗為

(2)

式中N——功率，kWM——工作部件主傳動(dòng)軸扭矩，N·mn1——工作部件主傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，r/min

2.3.2 單因素試驗(yàn)

彈齒滾筒式撿拾器的工作質(zhì)量主要取決于彈齒端部的運(yùn)動(dòng)軌跡。彈齒運(yùn)動(dòng)為前進(jìn)運(yùn)動(dòng)、相對(duì)于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)3個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成。在凸輪軌道廓線一定的情況下，滾筒轉(zhuǎn)速和機(jī)器前進(jìn)速度是影響撿拾質(zhì)量的主要因素[12,18]。將牧草含水率作為試驗(yàn)因素之一，以探尋牧草收獲條件對(duì)撿拾性能的影響。選取滾筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器前進(jìn)速度和牧草含水率3個(gè)因素進(jìn)行重復(fù)3次的單因素試驗(yàn)。

彈齒滾筒式撿拾器實(shí)際工作時(shí)，機(jī)器前進(jìn)速度為4～8 km/h，滾筒轉(zhuǎn)速為40～90 r/min，紫花苜蓿在田間收割，晾曬后含水率一般在15%～25%之間。因素水平在此范圍之間選取，以撿拾器功率消耗和撿拾損失率為試驗(yàn)指標(biāo)。

(1)滾筒轉(zhuǎn)速

紫花苜蓿樣品的含水率保持在23%，并保持機(jī)器前進(jìn)速度5 km/h，研究不同的滾筒轉(zhuǎn)速(42、50、60、70、81 r/min)對(duì)撿拾性能的影響。

(2)機(jī)器前進(jìn)速度

紫花苜蓿樣品的含水率保持在23%，并保持滾筒轉(zhuǎn)速，其數(shù)值選取以上單因素試驗(yàn)結(jié)果中較優(yōu)的滾筒轉(zhuǎn)速，研究不同的機(jī)器前進(jìn)速度(3.5、4.0、5.0、6.0、7.0 km/h)對(duì)撿拾性能的影響。

(3)牧草含水率

保持滾筒轉(zhuǎn)速和機(jī)器前進(jìn)速度不變，其數(shù)值采用前 2 次單因素試驗(yàn)結(jié)果中較優(yōu)數(shù)值，研究不同牧草含水率(15.1%、17.3%、19.8%、22.3%、24.9%)條件下對(duì)撿拾性能的影響。

2.3.3 正交試驗(yàn)

選取單因素試驗(yàn)的較優(yōu)因素水平進(jìn)行凸輪軌道改進(jìn)前后的對(duì)比正交試驗(yàn)，研究凸輪軌道以及滾筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器前進(jìn)速度和牧草含水率3個(gè)因素對(duì)撿拾器功率消耗和撿拾損失率的影響，并找出各參數(shù)的主次影響關(guān)系和較優(yōu)組合。

2.3.4 彈齒端部加速度試驗(yàn)

根據(jù)撿拾器工作要求，彈齒端部過(guò)高的加速度會(huì)影響撿拾器工作平穩(wěn)性，使牧草花葉脫落，破損損失變大，影響撿拾效率。運(yùn)用頻譜分析技術(shù)，對(duì)彈齒端部加速度進(jìn)行研究。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)

單因素試驗(yàn)結(jié)果如圖8～10所示，其中撿拾器功率消耗與撿拾損失率為3次重復(fù)試驗(yàn)的平均值。

3.1.1 滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)撿拾性能的影響

由圖8可知，當(dāng)牧草含水率和機(jī)器前進(jìn)速度一定時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速越高，損失率越大，撿拾器功耗也相應(yīng)明顯增加。凸輪優(yōu)化前后相比，功耗相差不大，優(yōu)化后在最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速下的損失率更低。因此，滿足低損失率且低功耗運(yùn)行的條件是，在前進(jìn)速度不變的情況下，滾筒轉(zhuǎn)速盡量要小，從而有效地避免因打掉莖葉和花瓣而增大損失率。綜合功率消耗與損失率2項(xiàng)指標(biāo)，選出較優(yōu)的滾筒轉(zhuǎn)速為42、50、60 r/min。

圖8 滾筒轉(zhuǎn)速與功耗、損失率關(guān)系曲線Fig.8 Relation curves between cylinder rotational speed and power consumption and leakage collecting rate

3.1.2 機(jī)器前進(jìn)速度對(duì)撿拾性能的影響

保持紫花苜蓿樣品含水率為 23%，并保持滾筒轉(zhuǎn)速60 r/min，研究機(jī)器前進(jìn)速度(3.5、4.0、5.0、6.0、7.0 km/h)對(duì)撿拾性能的影響。

由圖9可知，當(dāng)牧草含水率和滾筒轉(zhuǎn)速一定時(shí)，機(jī)器前進(jìn)速度越高，因快速?zèng)_擊牧草使得損失率越來(lái)越大，功率消耗也相應(yīng)增加?？傮w上，凸輪優(yōu)化后的撿拾器功率消耗比優(yōu)化前稍大，但損失率明顯減小，因此，在滿足減少損失率的前提下機(jī)器前進(jìn)速度不宜過(guò)高。綜合功率消耗和損失率2個(gè)性能指標(biāo)，選擇較優(yōu)的機(jī)器前進(jìn)速度為3.5、4.0、5.0 km/h。

圖9 機(jī)器前進(jìn)速度與功耗、損失率關(guān)系曲線Fig.9 Relation curves between forward speed and power consumption and leakage collecting rate

3.1.3 牧草含水率對(duì)撿拾性能的影響

選機(jī)器前進(jìn)速度5.0 km/h，滾筒轉(zhuǎn)速60 r/min，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

圖10 牧草含水率與功耗、損失率關(guān)系曲線Fig.10 Relation curves between moisture content and power consumption and leakage collecting rate

由圖10可知，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速和機(jī)器前進(jìn)速度一定時(shí)，含水率越高，損失率越小，功率消耗卻有所增加。凸輪優(yōu)化后撿拾器的損失率降低，但優(yōu)化前后相差不大。所以主要考慮功率消耗，選取較優(yōu)含水率為15.1%、17.3%、22.3%。

3.2 正交試驗(yàn)

綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，在不考慮交互作用的情況下，進(jìn)行L9(33)正交試驗(yàn)，研究滾筒轉(zhuǎn)速(A)、機(jī)器前進(jìn)速度(B)、牧草含水率(C)對(duì)撿拾過(guò)程中功率消耗與損失率的影響。試驗(yàn)因素水平如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)因素水平Tab.2 Factors and levels of orthogonal test

3.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)數(shù)據(jù)及初步處理后的結(jié)果如表3所示。

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，極差越小，說(shuō)明該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響越小?？樟蠨的極差均遠(yuǎn)小于因素A、B、C的極差，可知因素間的交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)功耗和損失率的影響不明顯，可以不考慮。

通過(guò)極差可知，凸輪優(yōu)化前撿拾器功耗和損失率的影響因素主次順序均為A、B、C，凸輪優(yōu)化后撿拾器功耗和損失率的影響因素主次順序均為A、C、B。分析得知撿拾器工作性能影響因素主次順序不同的原因是由于凸輪軌道改變導(dǎo)致的，說(shuō)明凸輪軌道廓線是影響撿拾器工作性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。故此后只對(duì)凸輪優(yōu)化后的撿拾器性能進(jìn)行分析。

由表3得知：在評(píng)定撿拾器牧草損失率指標(biāo)時(shí)，優(yōu)組合為A3B2C3，即滾筒轉(zhuǎn)速為60 r/min、機(jī)器前進(jìn)速度為4.0 km/h、牧草含水率為22.3%時(shí)，牧草損失率小。在評(píng)定撿拾器功率消耗指標(biāo)時(shí)，優(yōu)組合為A1B2C1，即滾筒轉(zhuǎn)速為42 r/min、機(jī)器前進(jìn)速度為4.0 km/h、牧草含水率為15.1%時(shí)，功率消耗小。

3.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析

凸輪優(yōu)化后的撿拾器方差分析結(jié)果如表4所示。從顯著水平P值看，滾筒轉(zhuǎn)速A和牧草含水率C對(duì)損失率和功耗的影響均為極顯著，機(jī)器前進(jìn)速度B對(duì)損失率和功耗的影響顯著。撿拾器性能影響因素的主次順序依次為滾筒轉(zhuǎn)速、牧草含水率、機(jī)器前進(jìn)速度。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，研究得出 2 個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)的 2 組較優(yōu)組合，即：A1B2C1和A3B2C3。

在漏檢率滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，側(cè)重考察因素對(duì)功耗的影響效果，從極差分析與方差分析可以得出：最佳性能參數(shù)組合為A1B2C1，即滾筒轉(zhuǎn)速42 r/min、機(jī)器前進(jìn)速度4.0 km/h、牧草含水率15.1%。

3.3 彈齒端部加速度頻譜分析

根據(jù)正交試驗(yàn)得到的機(jī)器前進(jìn)速度與滾筒轉(zhuǎn)速的較優(yōu)組合，機(jī)器前進(jìn)速度為4.0 km/h、滾筒轉(zhuǎn)速為42 r/min，在牧草含水率分別為15.1%、17.3%和22.3%時(shí)，進(jìn)行撿拾過(guò)程中彈齒端部加速度頻譜分析。

采用無(wú)線加速度傳感器采集彈齒端部加速度數(shù)據(jù)，根據(jù)BeeData數(shù)據(jù)處理軟件采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)頻譜分析，生成加速度對(duì)頻率關(guān)系曲線如圖11所示。

從圖11可以看出，當(dāng)牧草含水率分別為15.1%、17.3%、22.3%時(shí)，彈齒端部加速度峰值出現(xiàn)在放齒撿拾階段，峰值分別為0.783、0.826、1.006 m/s2。

由于彈齒對(duì)草條作用力的結(jié)果，在彈齒放齒階段開(kāi)始與牧草接觸時(shí)引起其端部加速度突變，出現(xiàn)峰值；升運(yùn)過(guò)程速度較平穩(wěn)，彈齒端部加速度有波動(dòng)但變化不大；在收齒階段彈齒下降較快，從而又引起彈齒加速度變化，但由于彈齒不受草條作用力的影響，因此不會(huì)出現(xiàn)加速度峰值。

以上分析結(jié)果表明隨著牧草含水率增加，彈齒端部加速度呈上升趨勢(shì)，導(dǎo)致?lián)焓捌鞴β氏脑黾?，撿拾效率下降?/p>

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Results of orthogonal test

注：K1、K2、K3表示因素每個(gè)水平下的損失率之和。F1、F2、F3表示因素每個(gè)水平下的功率消耗之和。

表4 方差分析Tab.4 Variance analysis

注：F0.01(2,2)=99;F0.05(2,2)=19;F0.1(2,2)=9。

4 結(jié)論

(1)凸輪優(yōu)化前撿拾器撿拾性能影響因素的主次順序?yàn)闈L筒轉(zhuǎn)速、機(jī)器前進(jìn)速度、牧草含水率；凸輪優(yōu)化后撿拾器性能影響因素的主次順序?yàn)闈L筒轉(zhuǎn)速、牧草含水率、機(jī)器前進(jìn)速度；因凸輪軌道變化導(dǎo)致的工作性能影響因素順序的不同，說(shuō)明凸輪軌道廓線是影響撿拾器工作性能的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(2)滾筒轉(zhuǎn)速、和牧草含水率均對(duì)撿拾器工作性能影響極顯著，機(jī)器前進(jìn)速度對(duì)工作性能影響顯著。最佳性能參數(shù)組合為滾筒轉(zhuǎn)速42 r/min、機(jī)器前進(jìn)速度4.0 km/h、牧草含水率15.1%。

圖11 頻譜分析Fig.11 Spectral analysis

(3)當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速與機(jī)器前進(jìn)速度保持一定時(shí)，隨著牧草含水率增加，彈齒端部加速度呈上升趨勢(shì)，導(dǎo)致?lián)焓捌鞴β氏脑黾?，撿拾效率下降。進(jìn)一步說(shuō)明進(jìn)行彈齒滾筒式撿拾器工作性能理論研究和實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)充分考慮牧草含水率的影響作用。

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Experiment on Performance of Spring-finger Cylinder Pickup Collector

YU Zhihong1WANG Wenming2Morigenbilige1LIU Weifeng1LI Lin1CUI Hongmei1

(1.CollegeofElectricalandMechanical，InnerMongoliaAgriculturalUniversity，Huhhot010018，China2.DepartmentofElectricalandMechanicalEngineering，XingtaiVocationalandTechnicalCollege，Xingtai054035，China)

Cylinder rotational speed and forward speed are two main working parameters of spring-finger cylinder pickup collector. Harvesting, different ways of storage and transportation also have forage moisture content requirements. Through researching the influence law of forage moisture content and working parameters on the pickup collector collecting performance, the pickup performance index of optimal parameter combination can be got, and it can be used to guide the actual production and provide technical support and theoretical basis for pickup collector design and manufacturing. For collecting alfalfa, taking cylinder rotational speed, machine forward speed and forage moisture content as test factors, taking power consumption and leakage rate of picking up as performance index, orthogonal experiments were done on the original device of spring-finger pickup cylinder collector and the improved convex contour line device at the same time. Through the orthogonal experiment and the spring-finger end of acceleration experiment, effects of the three factors on collecting performance were analyzed. Levels of orthogonal test factors were selected from single factor experiment results, namely the machine forward speed of 3.5 km/h, 4.0 km/h and 5.0 km/h, cylinder rotational speed of 42 r/min, 50 r/min and 60 r/min, forage moisture content of 15.1%, 17.3% and 22.3%. The test results showed that the CAM track had greater influence on collecting performance, the cylinder rotational speed and forage moisture content had extremely significant effects on working performance, the machine forward speed had influence on working performance. The affecting sequence of importance for three factors on power consumption and leakage collecting rate were cylinder rotational speed, forage moisture content and machine forward speed. When cylinder rotational speed was 42 r/min, forage moisture content was 15.1%，and machine forward speed was 4.0 km/h, the collecting performance of the pickup collector was the best．Through the spectrum analysis, it was concluded that the spring-finger end acceleration was increased with the increase of forage moisture content, power consumption was increased and pickup leakage rate was declined with the increase of forage moisture content. It would lay research foundation for the spring-finger pickup cylinder collector to match the optimal working parameters and structure parameters and collecting performance for the future.

spring-finger cylinder pickup collector； working performance； impact factors； experiment

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.03.013

2016-11-10

2017-01-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51365035)和河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E2015108021)

郁志宏(1966—)，女，教授，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械智能檢測(cè)技術(shù)與裝置研究，E-mail: yzhyqyzhyq@163.com

S225.2+3

A

1000-1298(2017)03-0106-07