基于玉米穗茎分离特性的低含杂自适应摘穗机理研究

The research of the self-adaption ear-picking with low impurity mechanism will be carried out to solve the ineffective and serious ear injury of snapping roller mechanism and high impurity rate of plate mechanism. This research is based on the characteristics of separation between the corn stalk and ear, and will be achieved on a set of improved plate mechanism. The model of corn stalk based on Flexible body , and model of ear based by agglomerate particles, as well as the connection between the both will be built. The rule of force and motion of corn stalk and ear in the harvest process will be revealed using the numerical simulation and high-speed camera technology. So the influence mechanism of ear-picking system on the operating performance will be found out further. Base on above research, the traditional plate mechanism will have significant improvements to realize stalk orderly feeding and vertical drop down, the adaptive adjustment of the gap. The new system can achieve the requirements of low impurity, low loss, high efficiency, and provide theoretical support and technical reserves for corn harvest in China.

针对我国摘穗辊式玉米收获机构效率低、果穗啃伤严重、籽粒破损率高，摘穗板式收获机构能有效克服上述缺陷，但存在含杂率高，易引起堵塞及籽粒霉变等问题，本项目开展摘穗板式自适应摘穗机理及机构研究。基于玉米穗茎分离特性，建立茎秆柔性体模型、果穗颗粒聚合体模型以及两者的连接模型，对摘穗过程植株和摘穗机构的互作机制进行数值仿真，并结合高速摄像技术对摘穗作业过程进行分析，揭示茎秆、果穗在摘穗作业过程中的受力和运动变化规律，探明板式摘穗机构对摘穗性能的影响机理及含杂率高的原因；依据茎秆有序喂入输送、竖直下拉、间隙自适应调节的思路，开展自适应板式摘穗机构研究，对其进行优化设计、试验、改进，研制低含杂自适应摘穗机构，实现低含杂、低损、高效收获，为我国玉米收获技术提供理论支撑和技术储备。

针对我国摘穗辊式玉米收获机构效率低、果穗啃伤严重、籽粒破损率高，而摘穗板式收获机构能有效克服上述缺陷，但存在含杂率高，易引起堵塞等问题，以及现有玉米割台行距固定、无法按需调整以适应我国复杂种植模式的问题，项目开展摘穗板式自适应摘穗机理研究并提出一种逆向梳脱式摘穗方案，进行关键参数优化和田间试验。.项目通过研究收获期玉米植株物理特性、茎节结构与茎秆折断关系的结构特性等，建立收获期玉米植株三维模型；对茎秆喂入输送、茎秆下拉、果穗摘除特征进行理论分析，重点研究辊间茎秆压缩特性、动力学特性，果穗与摘穗板碰撞特性及拨禾链与茎秆喂入、输送特性等，分析茎秆、果穗与摘穗系统作用机制的基本特征。.项目基于多体动力学、有限元分析对摘穗过程进行仿真分析，研究茎秆与拉茎辊、果穗及茎秆与摘穗板之间的互作机制，分析茎秆、果穗在摘穗过程中的受力变化和运动规律；采用高速摄像对现有机构作业过程进行分析，明确茎秆折断、收获含杂原因，建立低损、低含杂摘穗作业模型，明确摘穗系统对摘穗性能的影响机理。.通过分析低含杂摘穗作业的系统特征，采用数字化、参数优化法对拉茎辊、摘穗板、拨禾链等结构进行优化；通过系统仿真与试验，确定摘穗板间隙自适应调节技术和变径摘穗技术方案，实现摘穗过程中茎秆的有序、顺畅下拉；采用变径摘穗技术降低摘穗板对果穗的冲击力，降低茎秆折断率。.将设计的自适应低含杂摘穗板调节机构和变径拉茎机构组成摘穗系统进行试制，对关键作业参数进行优化试验，通过对籽粒损失、籽粒破损、果穗含杂等工作性能指标进行综合评价，确定作业参数；与传统的摘穗机构进行比较，新型摘穗系统茎秆含杂率仅为0.56%，相比传统摘穗机构5.95%的数值降低了90%，割台籽粒破损率由传统机构的0.24%降低到0.12%，降低了50%。梳脱式收获方案田间试验摘穗效果良好。 .通过项目研究，研制出低含杂自适应摘穗机构，实现低含杂、低损、高效收获，为我国玉米收获技术提供理论支撑和技术储备。