黏土条件下半喂入式花生联合收割机"上下翻摆"与"侧向旋转"复合运动清土装置设计及其可靠性研究

《Sustainability》：Toward Sustainable Mechanization of Peanut Harvesting: Finite Element Analysis and Field Verification of a Composite Soil Cleaning Device for Use in Clay Soil

　　

摘要

针对半喂入式花生联合收割机在黏土条件下清土过程中可靠性和清土质量不高的问题，设计了一种具有"上下翻摆"和"侧向旋转"复合运动形式的清土装置。为防止装置内部发生强度失效，分别进行了有限元静力学分析、显式动力学校验和模态分析，验证了两种清土装置（上下翻摆式和侧向旋转式）结构设计的合理性与可靠性。仿真结果表明，上下翻摆式清土装置的最大静态和动态应力均远低于材料的屈服强度，即使在石块或根茎等硬杂质产生的极端冲击载荷作用下，仍能保持弹性变形，避免因塑性变形而产生永久失效。侧向旋转式清土装置的最大应力也远低于材料的屈服极限，其动力特性能够满足田间极端工况所提出的要求，其固有频率处于工作状态下所经历振动范围之外，表现出优异的抗振性能。同时，对该装置进行了可靠性评估和清土质量测试。试验结果表明，该清土装置能够满足黏土条件下半喂入式花生联合收获的结构强度要求。该清土装置在能耗、土壤保护和经济效益方面提高了花生生产的可持续性。这些研究成果为花生收获及花生产业的可持续发展提供了技术支持。