基于有序运移机理的大葱低阻平稳收获方法的研究

In view of the shortage of theory and technology research on the harvesting of green China onion , and the problems such as poor adaptation of excavating and harvesting mechanism, difficulty in digging, and large damage to green onion, this paper proposes an orderly excavation, accurate uplift harvesting method to minimize the digging resistance to improve the green onion harvest indexes. Based on the model of soil - green onion, the interaction mechanism of soil, green onion and excavating mechanism was analyzed by numerical simulation and dynamic simulation, and the mechanism of orderly movement of green onion in excavation was analyzed in this paper. The results show that the parameters of soil and the distribution of soil particles and green onion migration of the law of the rule, the changes in the parameters of the final harvest of the various parameters of a variety of methods, The impact mechanism, the primary and secondary relations of the effect, the mechanism of the influence on the harvesting performance, the mathematic model of the influence of each factor on the resistance of the onion and the damage index. The whole design of the digging device was carried out by using the digital design method. The research on the low-resistance smooth harvesting method and the trial-manufacture of the digging device were carried out, which provided theoretical and technical support for the research of high-efficiency, low-resistance and low-damage onion harvester.

本项目针对我国大葱收获理论匮乏、技术研究落后，现有挖掘收获机构适应性差、挖掘易壅堵、对大葱损伤大等问题，提出一种有序低阻挖掘、准确抬升、平稳夹送的大葱低阻平稳收获方法，并构建相应挖掘机构加以试验验证，以最大限度降低挖掘阻力、提高大葱收获质量。通过建立土壤-大葱颗粒复合体模型，结合数值模拟和动态仿真，分析挖掘过程中土壤、大葱与挖掘机构的互作特性，揭示大葱在挖送装置中有序输送的挖掘机理；采用多体运动学及动力学等方法，明确土壤壅堵、大葱挖送损伤等发生的原因，探明挖送装置参数对土壤颗粒流场分布及大葱运移的影响规律，明确各参数变化对最终收获效果的影响程度、影响机制和主次关系，揭示挖送装置对收获性能的影响机制，建立各因素对挖掘阻力及大葱损伤指标影响的数学模型；采用数字化设计方法对挖送装置进行整体设计，完成大葱低阻平稳收获方法研究及挖送装置的试制，为研究高效、低阻、低损伤的大葱收获机提供理论和技术支撑。

大葱是我国重要的蔬菜，具有较高的经济价值。受当前劳动力短缺和有效收获机具匮乏的影响，大葱种植效益明显减少。大葱的机械化收获水平已成为种植效益的主要影响因素，成为制约大葱全程机械化生产的“瓶颈”。针对我国大葱收获理论及技术研究匮乏，现有挖掘收获机构适应性差、挖掘易拥堵、对大葱损伤大等问题，提出一种有序挖掘、准确抬升、平稳夹送的大葱低阻平稳收获方法。项目揭示了大葱有序运移的机理，确定了关键部件的配置关系，研制了一种挖掘盘+U铲组合的挖掘装置，实现了大葱的低阻损收获。主要研究工作包括：（1）确定大葱及土壤的主要物理及力学的特性参数，建立了大葱几何体模型及土壤颗粒体模型，构建了大葱-土壤-机构的离散元仿真模型；（2）借助数值模型的耦合仿真分析，研究了挖掘盘的运动特征、不同结构挖掘铲的受载、大葱的受力及运动特征，探明了大葱运动规律及损伤的原因，确定了影响组合式挖掘装置性能的主要因素；（3）通过理论分析及力学研究，建立了挖掘阻力模型，明确了入土角度、铲长、拔取角影响着大葱挖掘阻力及大葱夹持力。采用数字化、参数优化等设计方法，揭示挖掘装置对收获性能的影响机制，明确了低阻挖掘的收获条件。当入土角度为20°，拔取角度为110°，铲面长度为70mm时，挖掘阻力为803N、拔取力为28.7N。（4）通过田间试验及响应面优化分析，研发了一种组合式挖掘装置，确定了各机构之间的配合关系及联系，为研究高效、低阻、低损伤的大葱收获机提供理论和技术支撑。（5）通过项目研究，揭示了大葱运移机理，探明了低阻挖掘方法，撰写学术专著1部，发表论文5篇，申请专利23项（5件国外专利），培养研究生3人，科研助理10余人。研究成果可降低收获阻力、提高作业质量，利于大葱规模化、集约化种植，将促进大葱产业的全面发展。