水稻收割機(jī)的割臺(tái)輕量化設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析

孫瀟鵬　林建　劉燦燦　李哲宇

摘要：為實(shí)現(xiàn)再生稻的增產(chǎn)和節(jié)省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)成本，運(yùn)用Pro ENGINEER 5.0、ANSYS Workbench 15.0等軟件對(duì)割臺(tái)進(jìn)行三維建模和有限元分析，再通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料替換的方法，對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，旨在獲得一種質(zhì)量更輕的水稻收割機(jī)。該收割機(jī)可以減少割臺(tái)損失，盡可能地減少收割造成的落粒和掉穗，增大再生稻的單位面積產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì);與此同時(shí)，該收割機(jī)具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明，經(jīng)輕量化設(shè)計(jì)后的割臺(tái)比原有的質(zhì)量減少 49.872 kg，可節(jié)省燃油144～216 L/年，減少成本1 143～1 715元。此設(shè)計(jì)為農(nóng)業(yè)機(jī)械的輕量化設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性分析提供了理論依據(jù)和方法。

關(guān)鍵詞：水稻收割機(jī);割臺(tái);輕量化設(shè)計(jì);有限元分析;減質(zhì)量;ANSYS Workbench 15.0;經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號(hào)： S225.4? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2019）04-0182-05

水稻是我國(guó)第一大糧食作物，種植面積約3 000萬(wàn)hm2，約占世界水稻種植面積的21%，年產(chǎn)量近1.6億t，占世界總產(chǎn)量的34%。水稻不僅是重要的糧食資源，而且水稻在生物化學(xué)和制藥等方面都有著廣泛的應(yīng)用[1]。水稻在我國(guó)的種植面積分布廣泛，其主要產(chǎn)地為福建、江西、江蘇、安徽、湖北、湖南、浙江、四川和重慶等地，而這些地區(qū)多是山地和丘陵，水稻田多為梯田和小塊田為主。地區(qū)作業(yè)環(huán)境氣候差異很大，所以與小麥相比，水稻的大規(guī)模機(jī)械化收獲更難實(shí)現(xiàn)，這就對(duì)水稻收割機(jī)械的適應(yīng)性和可靠性提出了更高的要求[2]。農(nóng)業(yè)被視為我國(guó)的立國(guó)之本和國(guó)家富強(qiáng)的基礎(chǔ)，無(wú)論何時(shí)都必須重視糧食的生產(chǎn)、儲(chǔ)備、投放能力。糧食的增產(chǎn)更需要農(nóng)業(yè)機(jī)械化的支撐[3]，在國(guó)內(nèi)中北部地勢(shì)比較平坦的平原和盆地，已基本實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化。而在地勢(shì)不平坦的南方，尤其在福建地區(qū)，因機(jī)器不能通過(guò)山地梯田而無(wú)法實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化[4]。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的深入研究，市場(chǎng)上逐漸出現(xiàn)了適合南方山地丘陵地帶的機(jī)械。對(duì)于水稻收割機(jī)械而言，輕量化設(shè)計(jì)不但可以讓它更適應(yīng)在南方的山地丘陵作業(yè)，而且可以減少割臺(tái)對(duì)稻茬的機(jī)械損傷，從而達(dá)到增加單位面積產(chǎn)量的效果。與此同時(shí)，輕量化設(shè)計(jì)必然讓農(nóng)機(jī)本身具有更好的燃油經(jīng)濟(jì)性。這對(duì)提高國(guó)內(nèi)南方山地、丘陵地帶的農(nóng)業(yè)種植機(jī)械化程度具有重要意義。

1 對(duì)水稻收割機(jī)割臺(tái)系統(tǒng)的虛擬裝配

對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)進(jìn)行虛擬建模過(guò)程中，所采用的建模對(duì)象是剛毅4L-0.9B收割機(jī)，它的實(shí)物見(jiàn)圖1。虛擬裝配應(yīng)以實(shí)際生產(chǎn)產(chǎn)品及零部件的三維造型為基礎(chǔ)，在不考慮現(xiàn)實(shí)環(huán)境的情況下，對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)及其部件在Pro ENGINEER 5.0軟件中進(jìn)行建模，虛擬裝配的過(guò)程是把現(xiàn)實(shí)誤差進(jìn)行最大的縮減，對(duì)偏差較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化[5]。水稻收割機(jī)的割臺(tái)虛擬裝配包括各模塊部件裝配和整體的裝配，主要包括扶禾裝置、切割裝置、輸送裝置[6]，然后將這幾個(gè)部分裝配得到割臺(tái)整體的三維模型，最后對(duì)割臺(tái)系統(tǒng)的三維模型進(jìn)行干涉檢查，保證每個(gè)部件不發(fā)生干涉。完成上述操作，裝配體與實(shí)體模型見(jiàn)圖2。

2 對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)輕量化設(shè)計(jì)及有限元分析

2.1 對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)初次輕量化設(shè)計(jì)方案

在新能源汽車領(lǐng)域，多采用鋁制車身框架和復(fù)合材料車身的搭配，在軟件仿真的過(guò)程中，減質(zhì)量效果較好的屬于鋁合金6000系列材料[7]。在航空領(lǐng)域，由于復(fù)雜的太空環(huán)境要求支架具有非常高的尺寸穩(wěn)定性，因此為提高結(jié)構(gòu)剛度和減質(zhì)量效果，須選取典型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化研究。首先根據(jù)碳纖維復(fù)合材料的性能參數(shù)和邊界條件建立有限元模型，并進(jìn)行仿真分析。其次，由于碳纖維復(fù)合材料支架具有更優(yōu)異的力學(xué)性能和更輕的質(zhì)量特性，在突破復(fù)合材料支架成型技術(shù)的基礎(chǔ)上完成了復(fù)合材料設(shè)備的研發(fā)和制造，碳纖維復(fù)合材料支架具有更優(yōu)異的力學(xué)性能和更輕的質(zhì)量[8]。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，輕量化主要是通過(guò)采用輕量化材料和制造工藝來(lái)完成。根據(jù)

以上結(jié)論，現(xiàn)分別采用鋁合金（aluminum alloy）、銅合金（copper alloy）、鎂合金（magnesium alloy）、鈦合金（titanium alloy）這幾種材料，通過(guò)材料更替得到最佳輕量化設(shè)計(jì)方案[9]。

將以上材料分別用于割臺(tái)左擋板、割臺(tái)右擋板、割臺(tái)后擋板、割臺(tái)框架4個(gè)部分，利用ANSYS Workbench 15.0軟件進(jìn)行材料的替換和分析。默認(rèn)材料為結(jié)構(gòu)鋼（structural steel），此時(shí)各部分質(zhì)量分別為1.220 7、1.220 7、3.579 2、32.27 kg。進(jìn)入ANSYS Workbench 15.0進(jìn)行多種材料的選取。在“Model”中點(diǎn)擊“Geometry”，在“Details of ”“Geometry”中點(diǎn)擊“Properties”下的“Mass”選項(xiàng)，便可查看所選用材料的質(zhì)量[10]。按照這個(gè)辦法對(duì)材料進(jìn)行質(zhì)量測(cè)定，材料的質(zhì)量見(jiàn)表1。

根據(jù)提供材料的剛度和強(qiáng)度，再結(jié)合水稻收割機(jī)割臺(tái)所需的剛度和強(qiáng)度，材料安全系數(shù)為n=4.16>1，最大應(yīng)力出現(xiàn)在水稻收割機(jī)割臺(tái)與送料裝置連接位置的邊緣。從材料角度考慮，鈦合金材料的減質(zhì)量效果較好，但現(xiàn)多用于航空工業(yè)且價(jià)格昂貴，不予考慮。而銅合金、鎂合金也面臨跟鈦合金一樣的問(wèn)題。以鋁合金材料為例，鋁合金7075的屈服強(qiáng)度是505 MPa，而常見(jiàn)的Q235結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度為235 MPa。比如，1 mm的Q235結(jié)構(gòu)鋼被施加235 kg就能被壓扁，而鋁合金6061同等條件下至少需要400 kg。一般結(jié)構(gòu)鋼和鋁合金的比重約為7.8 ∶ 2.7，這就是現(xiàn)在汽車行業(yè)，給汽車采用全鋁車身的原因。綜合考慮，最終采用鋁合金材料，這種材料常見(jiàn)且減質(zhì)量效果明顯，材料強(qiáng)度要求也能達(dá)到割臺(tái)框架作業(yè)要求。由于割臺(tái)左擋板、割臺(tái)右擋板、割臺(tái)后擋板在割臺(tái)收割再生稻的作業(yè)中，對(duì)割臺(tái)擋板的強(qiáng)度需求低，且主要作用就是防止收割時(shí)水稻的外泄。經(jīng)過(guò)材料的替換，水稻收割機(jī)割臺(tái)擋板從原有的總質(zhì)量為1.220 7+1.220 7+3.579 2=6.020 6 kg，變?yōu)楝F(xiàn)有的質(zhì)量為0.430 7+0.430 7+1.263=2.124 4 kg（表2），則割臺(tái)擋板的減質(zhì)量為3.896 2 kg。水稻收割機(jī)的割臺(tái)框架質(zhì)量由原來(lái)的32.270 0 kg變?yōu)?1.387 0 kg，減質(zhì)量為20.883 0 kg。

總減少質(zhì)量為24.779 2 kg，現(xiàn)在需要水稻收割機(jī)的割臺(tái)總質(zhì)量來(lái)測(cè)定初次輕量化設(shè)計(jì)后的減質(zhì)量效果和比重。通過(guò)對(duì)該割臺(tái)每個(gè)部件進(jìn)行稱量，最終得到該水稻收割機(jī)的割臺(tái)質(zhì)量為103.247 9 kg（表2）。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械不會(huì)像航空、航海、汽車行業(yè)一樣對(duì)機(jī)械自身的精度極高，水稻收割機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械的一種，同樣面臨著這個(gè)問(wèn)題。要求精度不高的機(jī)械，在做輕量化設(shè)計(jì)和研究時(shí)會(huì)提出更高的要求，因?yàn)闄C(jī)械本身減質(zhì)量空間大，所以對(duì)于此次研究的水稻收割機(jī)而言，減質(zhì)量效果計(jì)算可得：24.779 2 kg/103.247 9 kg×100%=24.00%[11]。

2.2 對(duì)割臺(tái)框架及割臺(tái)擋板有限元分析

ANSYS Workbench 15.0軟件的網(wǎng)格劃分，根據(jù)算法不同可分為協(xié)調(diào)分片算法（patch conforming）和獨(dú)立分片算法（patch independent）。割臺(tái)框架割臺(tái)擋板現(xiàn)采用的是鋁合金材料，因其形狀規(guī)則選用四面體法（patch conforming tetra）的網(wǎng)格劃分方式[12]。最小邊界長(zhǎng)度為 0.157 41 mm，因?yàn)槌叽缣卧鄷?huì)占據(jù)大量?jī)?nèi)存，導(dǎo)致結(jié)果無(wú)法計(jì)算出來(lái)，所以在單元尺寸的選擇上，第1次采用自由網(wǎng)格劃分，如圖3所示。再對(duì)局部網(wǎng)格疏密程度進(jìn)行調(diào)節(jié)，網(wǎng)格的相關(guān)度是在默認(rèn)相關(guān)性中進(jìn)行操作，數(shù)值越小網(wǎng)格越粗糙，反之，數(shù)值越大網(wǎng)格越精細(xì)。此時(shí)對(duì)割臺(tái)框架承載面數(shù)值選為10，進(jìn)行網(wǎng)格劃分后得到63 386個(gè)節(jié)點(diǎn)（nodes），30 994個(gè)單元（elements）（圖4）[13]。

對(duì)水稻收割機(jī)割臺(tái)框架進(jìn)行分析時(shí)，須要對(duì)割臺(tái)框架邊界條件進(jìn)行設(shè)定，即對(duì)割臺(tái)框架施加載荷和約束，對(duì)其工作環(huán)境進(jìn)行模擬。水稻收割機(jī)工作時(shí)，割臺(tái)機(jī)架主要受到撥禾輪和撥禾攪龍的重力及其力矩、空氣阻力和摩擦力的作用[14-15]?，F(xiàn)對(duì)水稻收割機(jī)割臺(tái)在理想狀態(tài)下的受力情況做如下分析，在割臺(tái)框架中，重點(diǎn)受到撥禾輪和撥禾攪龍的重力作用，經(jīng)過(guò)測(cè)量后，得到撥禾輪的質(zhì)量為15.075 8 kg，撥禾攪龍的質(zhì)量為31.748 0 kg。則二者密度為1 000 kg/m2。

在ANSYS Workbench軟件中，進(jìn)行如下操作：對(duì)水稻收割機(jī)割臺(tái)框架2側(cè)施加約束;對(duì)水稻收割機(jī)割臺(tái)框架跟撥禾輪和撥禾攪龍接觸部分，施加載荷;進(jìn)行應(yīng)力和應(yīng)變分析，得到應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D。（在進(jìn)行上述操作的過(guò)程中，注意單位的統(tǒng)一和換算，例如0.1 MPa=1 kg/cm2）[16]。

對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)框架及割臺(tái)擋板進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)置后，運(yùn)用ANSYS Workbench 15.0對(duì)割臺(tái)框架進(jìn)行靜力學(xué)分析[17]，得到應(yīng)變?cè)茍D與應(yīng)力云圖[10]。如圖5、圖6所示，即使撥禾攪龍的質(zhì)量比撥禾輪的質(zhì)量大，但是撥禾輪與割臺(tái)框架相連接處變形較大，而割臺(tái)擋板基本不受影響。通過(guò)觀察變形云圖可知，材料替換后施加跟原材料同樣的力，撥禾攪龍及撥禾輪對(duì)整個(gè)割臺(tái)框架的影響微乎其微，所以對(duì)割臺(tái)的工作性能不會(huì)造成破壞性的影響[4]。

2.3 對(duì)水稻收割機(jī)的割臺(tái)2次輕量化設(shè)計(jì)及分析

通過(guò)觀察割臺(tái)及其部分的質(zhì)量分布（表3），筆者對(duì)割臺(tái)的輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。主要步驟如下：通過(guò)對(duì)割臺(tái)攪龍的了解，對(duì)割臺(tái)攪龍進(jìn)行嘗試性材料替換;對(duì)割臺(tái)框架及擋板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化;對(duì)割刀這種標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行小幅的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

割臺(tái)攪龍又稱為割臺(tái)螺旋推運(yùn)器，它將谷物莖桿首先橫向輸送到割臺(tái)中部，并由螺旋推運(yùn)器上的伸縮扒指將作物轉(zhuǎn)向送入傾斜輸送器中，然后由傾斜輸送器的輸送鏈耙把作物喂入脫粒滾筒進(jìn)行脫粒。根據(jù)割臺(tái)攪龍的功能進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行材料替換，考慮到經(jīng)濟(jì)性和適用性，對(duì)割臺(tái)攪龍采用鋁合金6061材質(zhì)后，它的質(zhì)量從31.748 0 kg下降至 11.203 0 kg（表3），即減少質(zhì)量為20.545 kg，減質(zhì)量效果非常明顯。再對(duì)割臺(tái)攪龍進(jìn)行有限元分析，讓割臺(tái)攪龍?jiān)阡X合金6061材質(zhì)下，分別對(duì)中部施加力，對(duì)固定割臺(tái)攪龍的2段進(jìn)行約束，最后得到應(yīng)變?cè)茍D（圖7）。數(shù)據(jù)表明，割臺(tái)在最大喂入量時(shí)，該割臺(tái)攪龍能夠正常工作。

然后對(duì)割臺(tái)框架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 將割臺(tái)框架主體的板厚度從2.5 mm減小到1.5 mm，將割臺(tái)支撐架從直徑為21.5 mm和16.0 mm的實(shí)心圓管改為外徑21.5 mm壁厚5.5 mm和外徑16.0 mm壁厚4.0 mm的空心圓管。割臺(tái)框架由原質(zhì)量 32.27 kg 變?yōu)?1.45 kg。優(yōu)化后的割臺(tái)框架模型為最大應(yīng)力值102.4 MPa，材料安全系數(shù)n=2.29>1。經(jīng)過(guò)材料替換后，割臺(tái)框架經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料替換后的質(zhì)量為7.568 kg，即減少質(zhì)量為32.270-7.568=24.702 kg。與此同時(shí)，對(duì)割臺(tái)擋板也做了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，也可減少一定的質(zhì)量。在受力后基本不受影響的割臺(tái)左右擋板做了打孔處理，采用了蜜蜂筑巢時(shí)的六邊形蜂孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒(méi)有采用圓形孔，就是在讓割臺(tái)框架變輕的同時(shí)，防止收割時(shí)水稻從2側(cè)孔隙出來(lái)（圖8）。經(jīng)測(cè)量， 割臺(tái)擋板的減少質(zhì)量從 3.034 8 kg提升至 3.500 0 kg。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的割臺(tái)擋板與割臺(tái)框架進(jìn)行裝配，裝配見(jiàn)圖9。

因?yàn)樵摲N割刀屬于往復(fù)式切割器，動(dòng)刀片和定刀片是沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別的，且市面上的往復(fù)式切割器都是標(biāo)準(zhǔn)件，所以只對(duì)割刀進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，讓定刀片的2側(cè)輪廓形狀均為外凸的弧形，動(dòng)刀片的2側(cè)輪廓形狀均為直線形，動(dòng)刀片與定刀片的交叉切割，相比于之前的割刀接觸路徑長(zhǎng)，切割流暢，切割效率高[18]（圖10）。割刀定刀組的質(zhì)量由原來(lái)的6.125 kg減至5.000 kg，即割刀的減少質(zhì)量為1.125 kg。

綜上所述，經(jīng)過(guò)材料替換和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的輕量化設(shè)計(jì)，割臺(tái)的減少質(zhì)量為割臺(tái)框架減少質(zhì)量24.702 kg+割臺(tái)攪龍減少質(zhì)量20.545 kg+割臺(tái)擋板減少質(zhì)量3.500 kg+割刀的減少質(zhì)量1.125 kg=49.872 kg。

重新測(cè)定減質(zhì)量比為49.872 0 kg/103.247 9 kg×100%≈48.3%，即割臺(tái)的原有質(zhì)量為103.247 9 kg，經(jīng)過(guò)2次輕量化設(shè)計(jì)，割臺(tái)比原有的質(zhì)量減少了49.872 kg，約占原有質(zhì)量的483%，現(xiàn)在的質(zhì)量為53.375 9 kg，達(dá)到預(yù)期的減質(zhì)量效果。

3 割臺(tái)輕量化設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)適用性

割臺(tái)的輕量化設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)實(shí)施并驗(yàn)證后，筆者所在課題組只是對(duì)輕量化設(shè)計(jì)方案給予技術(shù)層面的肯定，但究其輕量化的方案是否有實(shí)際意義，是否需要巨大的成本代價(jià)？是否能夠給受眾帶來(lái)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這些疑問(wèn)讓筆者所在課題組應(yīng)對(duì)該輕量化方案進(jìn)行評(píng)估，建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系。輕量化的評(píng)價(jià)應(yīng)從以下3個(gè)方面考慮：制造成本的改變、使用成本的改變、對(duì)社會(huì)環(huán)境的貢獻(xiàn)。其受益群體分別為制造商、購(gòu)買者、人民大眾（圖11）。在輕量化設(shè)計(jì)中，對(duì)經(jīng)過(guò)輕量化設(shè)計(jì)后的樣機(jī)的成本構(gòu)成和經(jīng)濟(jì)性、適用性進(jìn)行分析，輕量化設(shè)計(jì)不但對(duì)制造商和用戶帶來(lái)了好處，而且對(duì)社會(huì)資源的節(jié)約和減少溫室氣體的排放從而對(duì)環(huán)境的保護(hù)也有很大的益處。

產(chǎn)品成本和利潤(rùn)的關(guān)系，對(duì)制造商來(lái)講，減少成本相當(dāng)于增加利潤(rùn)，即KE=KS+KP，其中KE為銷售價(jià)格，KS為制造成本，KP為產(chǎn)品的利潤(rùn)。對(duì)于叉車的使用者，減少使用成本即水稻收割機(jī)的運(yùn)營(yíng)成本便可以增加利潤(rùn)，如公式KA=KB+KC+KP，其中KA為使用水稻收割機(jī)的收入，KB為運(yùn)營(yíng)成本，KC為水稻收割機(jī)采購(gòu)價(jià)格，Kp為實(shí)現(xiàn)的利潤(rùn)。

通過(guò)以上分析得出，割臺(tái)的輕量化是可以改變車輛的制造成本和使用成本，用KPS表示制造成本減少給制造商帶來(lái)的利潤(rùn)，用KPB表示使用成本給用戶帶來(lái)的好處，所謂的評(píng)價(jià)體系就是在綜合考慮輕量化方案給不同群體帶來(lái)的利益大小。但是考慮到輕量化設(shè)計(jì)給制造商帶來(lái)的利潤(rùn)時(shí)，也應(yīng)考慮到制造企業(yè)輕量化設(shè)計(jì)時(shí)的成本，包括人員成本、試制費(fèi)及試驗(yàn)耗損等平均到批量生產(chǎn)每臺(tái)產(chǎn)品中的費(fèi)用，用C表示。

輕量化設(shè)計(jì)方案的評(píng)估公式為K=a（KPS-C）+bKPB。

式中：K表示輕量化收益，元;a、b表示比列因子，a+b=1，與制造企業(yè)的關(guān)注度有關(guān)，通常分別取0.7、0.3。

根據(jù)各材料的價(jià)格，給割臺(tái)采用鋁合金7075或鋁合金6061材質(zhì)，按照鋁合金最低的價(jià)格，現(xiàn)在割臺(tái)除去工藝成本，僅材料成本為53.375 9×18≈960.8元。但是從輕量化設(shè)計(jì)后，水稻收割機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性提高和再生稻單位面積產(chǎn)量增加。材料成本的提升，可以節(jié)省使用費(fèi)和增加再生稻產(chǎn)量所帶來(lái)的巨大收益。在滿足歐Ⅳ的標(biāo)準(zhǔn)條件下，100 km油耗Y和車輛自身總量X放入關(guān)系為Y=0.003 0X+3.343 4[19]。研究數(shù)據(jù)表明，若質(zhì)量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，其油耗將減少10%，排放量減少5%～6%[20]。該收割機(jī)的油耗是18 L/hm2，生產(chǎn)率為0.04～0.08 hm2/小時(shí)，經(jīng)過(guò)換算，優(yōu)化前水稻收割機(jī)的油耗為0.72～1.44 L/h，優(yōu)化后為0.52～1.24 L/h，可節(jié)約燃油約0.2 L/h，假設(shè)在收割季，收割機(jī)工作12 h/d，收割再生稻的頭季稻大概需要30～45 d，第2季稻也按相同時(shí)間計(jì)算，則可節(jié)省燃油144～216 L/年，約 1 143～1 715元。不但降低了自身油耗，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染，值得提倡[21]。

4 結(jié)論

根據(jù)再生稻種植條件，為降低割臺(tái)損失和對(duì)再生稻稻茬碾壓率而考慮裝置的尺寸，初步確定輕量化的收割機(jī)割臺(tái)設(shè)計(jì)方案[22]。對(duì)水稻收割機(jī)割臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和材料替換后，對(duì)割臺(tái)的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行有限元分析，目的是為了模擬割臺(tái)在收割時(shí)的受力狀況，最終得到應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D，可以通過(guò)圖型顏色深淺的變化，判斷模型的受力程度和變形程度，查看設(shè)計(jì)的新割臺(tái)是否滿足相應(yīng)條件下的工作強(qiáng)度。它的輕量化設(shè)計(jì)讓該水稻收割機(jī)更適應(yīng)于收割再生稻，可以增大再生稻的單位面積產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)，為農(nóng)民帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)收益。與此同時(shí)，該水稻收割機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性更好，對(duì)環(huán)境的污染小，農(nóng)民使用成本減少。綜上所述，經(jīng)過(guò)割臺(tái)的輕量化設(shè)計(jì)后，該水稻收割機(jī)既能給農(nóng)民賺到更多的錢也能給農(nóng)民省下很多錢。不足之處在于，對(duì)收割機(jī)整機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)還沒(méi)有提出較為可行的方案，須要今后繼續(xù)跟相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者進(jìn)行研究和探討。

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