油菜联合收获纵轴流脱离过程中的茎秆与脱粒元件间碰撞机制

The high crushing rate of stalks and impurity rate of extraction content is a practical and common problem in the threshing and separating process of current rape combine harvester. This project will focus on the elastic-plastic collision mechanism and its control strategies between rape stalks and threshing components. Using dynamic substructure method, the substructure dynamic model of elastic-plastic collision between rapeseed stalks and threshing components will be established, and the dynamic control equations will be deduced; The project analyses and describes the generation and propagation process of rapeseed stalks transient stress wave after the collision with threshing components, and the collision transient response and transient wave differences made by the parametric variation of threshing cylinder will be discussed; Combining with the simulation analysis, experimental study and high-speed photography observation, the mechanism of stalks broken will be revealed and the effective measures to decrease the stalks crushing rate and increase the threshing rate of rapeseed during threshing will be proposed．Based on the technology of floating concave sieve and the adjustability of threshing drum rotating speed and feeding amount, bench experiment will be conducted to verification the mechanism of rape stalks breaking, to improve the structure and optimize the parameters of rape combine harvester longitudinal axial-threshing drum.

针对油菜联合收获机脱粒分离过程中茎秆破碎率高、脱出物含杂率高的现实问题，本项目拟开展该脱离过程中油菜茎秆与脱粒元件间弹塑性碰撞机制及控制策略的研究。运用动态子结构方法，建立油菜茎秆与脱粒元件弹塑性碰撞子结构动力模型，推导相应的动力学控制方程；分析和描述油菜茎秆被脱粒元件撞击后瞬态应力波的产生和传播过程，探讨脱粒滚筒参数变化对撞击瞬态响应和瞬态波的影响；仿真分析、试验研究和高速摄影观察结合，揭示茎秆破碎机理，提出降低脱粒过程茎秆破碎率和提高油菜籽粒脱净率的有效措施。基于浮动式凹板筛技术和脱粒滚筒转速、喂入量自动可调技术，设计台架试验，验证油菜茎秆破碎机理，进行油菜联合收获机纵轴流式脱粒滚筒结构改进和参数优化。

油菜脱粒过程中茎秆过度破碎是导致夹带损失和脱粒功耗升高的主要原因。为明确油菜茎秆被脱粒钉齿碰撞导致破碎的机理，并提出降低脱粒过程茎秆破碎率的控制策略，该研究以适收期油菜茎秆为研究对象，首先对油菜茎秆的抗拉强度、泊松比、径向弹性系数和径向受力的屈服极限进行了测量，并建立了茎秆径向受力的力学模型；；在自制的碰撞试验台上进行脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞破碎试验，利用感压胶片技术对脱粒钉齿与油菜茎秆的碰撞力进行了测量，借助高速摄影仪对脱粒钉齿与茎秆的碰撞过程进行观察，并以油菜茎秆破碎率为指标，以油菜茎秆长度、喂入次数、滚筒转速、齿型等为因素分别进行了单因素试验和正交试验，从而确定茎秆破碎率的影响因素；在液压振动试验台上，借助高速摄影和图像识别技术对油菜植株的振动特性进行研究。研究结果表明：单个钉齿与油菜茎秆的碰撞过程为高速瞬时多点碰撞，碰撞过程89%为多次碰撞，发生1次碰撞的仅占11%，碰撞次数与碰撞点在钉齿上的位置有关；瞬时多次碰撞过程中碰撞力随碰撞次数呈减小趋势，试验条件下钉齿与茎秆单次碰撞力平均值为13.25N，小于油菜茎秆径向压缩的屈服极限150.55 N，单次碰撞的油菜茎秆并不会破碎；单因素试验表明油菜茎秆破碎率与茎秆长度、喂入次数、滚筒转速正相关；刀面、柱面和平面3种钉齿中刀面钉齿对茎秆破碎率影响最大，平面钉齿对茎秆破碎率影响最小，试验条件下将油菜茎秆重复8次喂入碰撞试验台后油菜主茎秆上、中、下各部分破碎率分别为84.4%、91.1%、97.8%，油菜侧枝破碎率为42.2%，主茎秆破碎率远远大于侧枝；正交试验表明在所选参数范围内影响茎秆破碎率大小的顺序依次为茎秆长度、滚筒转速、齿型、喂入次数，且茎秆长度100mm、滚筒转速500r/min、喂入次数为2次、齿型为平面钉齿时油菜茎秆破碎率最低。对油菜植株的振动特性分析可知，油菜植株低频振型为规律性摆动，高频振型为不规则波动，油菜植株的振动响应从主茎秆到侧枝呈增长趋势，油菜植株的1、2阶固有频率分别为6HZ和11HZ。该研究探明了茎秆破碎机理，确定了影响茎秆破碎的主次因素，可为油菜脱粒装置的优化设计提供依据。