马铃薯机械收获伤薯机理及低损伤收获关键技术研究

The injury caused by mechanization harvesting reduces potato’s economic value, which has become a problem restricting the potato mechanized operation.The project intends to test physical and mechanical properties and impact damage characteristics of potato tuber by using microcomputer control electronic universal testing machine, shock testing machine and vibration tester, and carry out the research on relations between load, deformation, acceleration, drop height, impact time, collision material, amplitude, frequency and damage rate, and establish the corresponding damage rate model.Based on the independently developed small vibration sieve type potato digger, observing the tubers’ motion law in harvesting process by high speed video camera technology , using the dynamic test and analysis system research the relation between tubers, tubers and key parts, tubers and clod in harvesting process,and reveal the mechanism of injury.On this basis, the structure of key parts, operation parameters,the selection of impairment material will be researched, using the comprehensive evaluation, regression analysis and genetic neural network method,so as to obtain a low damage design method of potato harvest machinery,which provides theoretical basis for the design of the potato harvester and other root and offers reference for other root and tuber crops with low damage harvesting.

马铃薯机械收获造成的损伤降低了马铃薯的经济价值，已成为制约马铃薯机械化作业的难题。本项目拟采用微机控制电子万能试验机、冲击试验台和振动试验机等仪器设备测试马铃薯块茎的物理机械特性和冲击损伤特性，探明载荷大小、变形量、加速度、跌落高度、碰撞时间、碰撞材料、振幅、频率等参数与损伤率之间的关系，建立相应的损伤率模型；以自主研制的小型振筛式马铃薯挖掘机为载体，结合高速摄像技术观察块茎在收获过程中的运动规律，利用动力学测试分析系统研究收获过程中块茎之间、块茎与关键部件之间、块茎与土块之间的力学关系，揭示损伤机理。在此基础上，采用综合评价、回归分析和遗传神经网络方法对关键部件的结构、作业参数、减损材料选用进行系统的研究，获得一套低损伤马铃薯收获机的设计方法，为马铃薯收获机的设计提供理论依据，也为其它根、茎类作物低损伤收获提供参考。

针对马铃薯收获机损伤率高，严重影响马铃薯经济价值的现状。基于自主研制的小型振筛式马铃薯挖掘机，采用高速摄像技术观察块茎在收获过程中的运动规律，利用动力学测试分析系统研究收获过程中块茎之间、块茎与关键部件之间、块茎与土块之间的力学关系，获得了马铃薯挖掘机收获过程中影响块茎损伤的关键因素。采用微机控制电子万能试验机对马铃薯试样进行正交试验，得出马铃薯圆柱体试验样体的弹性模量、泊松比和剪切模量的平均值分别为E＝4.188MPa，μ＝0.569，G＝1.336。自制马铃薯块茎碰撞恢复系数测试装置，对收获期马铃薯块茎的碰撞恢复系数进行混合正交试验，得出各因素对马铃薯块茎碰撞恢复系数的影响顺序为：碰撞材料、下落高度、块茎质量、含水率、跌落方向和马铃薯品种。自制摆动分离筛试验台，对收获期马铃薯块茎进行振动碰撞试验，得出试验因素对马铃薯块茎损伤指数影响的顺序依次为：筛面倾角、振动时间、振动频率，且当振动时间为20s、振动频率为6Hz、筛面倾角为15°时，马铃薯收获机分离筛对马铃薯块茎振动损伤及延迟损伤较小。在此基础上，采用综合评价、回归分析和遗传神经网络方法对关键部件的结构、作业参数、减损材料选用进行系统的研究，获得一套低损伤马铃薯收获机的设计方法；据此优化设计一种残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖掘机，并对机具进行田间试验，得出机具作业后，明薯率为97. 4%，伤薯率为1. 3%，破皮率为1. 8%，生产率为0.17 hm2 / h，满足农业要求。该研究为马铃薯收获机的设计提供理论依据，也为其它根、茎类作物低损伤收获提供参考。