第12卷第1期2021年3月
黑龙江大学工程学报 Journal of EngineeOng of Heilongjiang Universitc
VcU12, No. 1
Mao , 2021
DOL 10. 13524/j. 2095-C08x. 2021.01. 014
苗帅通，曹立文&
(黑龙江大学机电工程学院，哈尔滨150080)
摘 要：为获得白菜收获机在切根过程中的最佳切割参数，试验采用自主设计的白菜收获机头。
根据不同试验的特•，分别采用多因素正交试验和二次回归正交旋转组合试验，对白菜进行切 根试验，以探究不同切割参数对切割性能(切断比、电机切根功率、刀具转速突降值以及综合评 分)的影响。试验结果表明，刀具形状为圆盘锯齿刀，皮带进给速度为1.04 m • s'1，刀具转速 为353 r • min"1时，白菜收获机的综合切割性能最好&试验的最终分析结果可用于后续白菜收获 机头的相关设计与研究。 关键词：白菜收获机；切割试验；多因素正交试验；二次回归正交旋转组合试验中图分类号：TH137 ； S225. 92
文献标志码：A
文章编号：2095-008X (2021)01 -0082-08
Cutting test and analysis of Chinese cabbage harvesting head
MIAO Shuai-Tong , CAO Li-Wen *
*收稿日期：2020-H -09；修订日期：2020-11-27
基金项目：哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目(2015RAXXJ005)
作者简介：苗帅通(1995-)，男，硕士研究生，研究方向：机电一体化'E-mail : 934995828@qq. cm
高考之外*通讯作者：曹立文(1968)，男，教授，硕士研究生导师，研究方向：机械制造工艺和专用机具'E-mail :
caoliwen68@ 163. .om
南方医科大学学报引文格式：苗帅通，曹立文•白菜收获机头的切割试验与分析［J ).黑龙江大学工程学报，2021, 12(1)： 82-89.
(School o%Mechanical ani Electrical EngIn e sibg , Heilongjiang University , Harbit 150080, China )
Abstract : In order to obtain the best cutting parameters of the cabbage haaester in the avt cutting process , the
test adopts a self-designed cabbage haaester head. AccoiOing tv the characteOstics of diOeanl expeOoents , a multi-factor orthogonal test a nd a quadratic aaassOn of orthogonal rotating combinatoOal test aa used. The cabbage avt cutting expeOoenl is carrOd out to explore the influenca of diOeanl cutting parameters on the cutting peOrmanco (cutting ratio , motor cutting power , sudden dapping in tool speed and comprehensive score ) . The test results show that the overall cutting penomanca of the cabbage haaester is the best when the cutter shape is a dOc serrated cutter , the belt feed speed O 1. 04 m ■ s _1, and the cutter speed O 353 r • min _1. The final analysis result of this expeOoenl can be used fyr t
he design and research of the follow-up cabbage haaesting head.
Key worfs : Chinese cabbaye haaester ; cutting test; multifactor orthogonal test; quadratic aaassOn of orthogonal rotating combinatoOal test
0引言
在国际市场上，我国白菜依靠较低的价格取得了很大的竞争优势，白菜也因此成为了我国主要的出 口蔬菜之一。根据相关农艺资料显示，蔬菜种植过程中收获作业占整个作业量的40%[1]
。随着国民生活
第1期苗帅通，等•白菜收获机头的切割试验与分析・83・
水平的提高，人工劳动力的成本提高，菜农种植成本增加，随之而来的价格升高将国的白菜在国际市格优势，影响的出口。因此，的机题已经迫在（2）。
在研究根过程中，用原型机在，的重复低。因，室内的试验台研究就变成学者的最佳选择。目前，国内要针对水稻、玉米、等作物的力学特的研究，物的根成有着较大的区别根的报，
⑹测根茎的力学特性，给出在根茎抗剪的最佳具样式。比
蓝根的研究报，强等（7），杜冬冬等（8）研究根位置、度、具样式、切割方式蓝根力的影响。留在万能机的力的理论研究，缺少根整体效果的研究。⑼计出了完整的甘蓝切根其根，默用了圆具，并未具对切割效果的影响。因此，要针根过程中的各变研究，在刀具选型、刀具度方，以期为机切根的理论基础。
在自计的机头，控制刀具、刀具及皮带的度，进行多因素正二归正，选出最优的，以期为的机设计和理论依据。
1试验设备与方法
1.1试验设备与材料
1.1.1试验设备
用自计的机头。收获机
头由框架、张紧导轮、切根流电机、切根刀
片、液压皮带组成，可以完成白菜向后传
输根的一整套工作流程。在工程中，液
压由实验室的液压台压力，带动皮
带运动，在带轮固定传感器，测带轮
的计到皮带的传输速度；切根流电机
由带数显的直流电源能，流电
源的输出电压来控制电机，在电机轴旁边固
定传感测电机的，备图见图1。
，
为究具线、刀具式以及刀具旋转一周时的切割次数对切割效果的影响，准备光刀、、三80圆4的具，的具见图2o光，目的为探索下的效果；三的度方向 ，目的为探索度方向的效果；80圆，目的为索率 效果的影响。
1.1.2试验材料
试验对象为哈尔滨市郊区种植的白菜，采集时间为10月8日，正值当地白菜收获时间，白菜在被连根送到实验室。选根的交界处作为切根位置，切根径为50mm
的为o
1.2试验方
1.2.1试验因素的选择
在机工程中，不同的刀具形状和刃口形式会对切根装置的切割力产生影响，刀具转速、皮
・84・黑龙江大学工程学报第12卷
西关大屋带进给速度及其相互作用对切根质量和冲击负
产生影响。基于，具、
具皮带度为因素。
1.2.2切割性能评估指标的建立
根据机的性能指标要求，主要从切根
质量、电机能耗具负。其
根质量根的平整程度来映，比(刀具径径的比)大表平整；电机能耗机切根功率影响，切根功率越高表根过程中能耗越高；刀具突降大表的冲击负大。因此，比、切根功率具突降值为标。3标单独表示其各自的能，需要一个综的评分模型选择最佳因素水平。为了使
加，建立如下的无量数学模型：
(a)六刃光刀(b)六刃锯齿刀
图2不同类型的切割刀具
Fig.2Different types of cutting tools
(c)三刃弧形齿刀(d)80齿圆盘齿刀
W/P[_-min(/)]W z P[min(z)] max#/)min(z)
W T+w r+w2D100
式中：K为第d组的试验分数；X为第d组白菜根直径未切断比，即#1-切断比)；_为第d组切根功率; Z i为第d组刀具转速突降值；min(t)+max#t)分别为白菜根直径未切断比最小、最大的测试值；min(/)、max#/)分另为根功率最/J\、最大的测；min(z)+mvx(z)为具突降值最才、、最大的测试值；W q为白菜根直径未切断比所占的比重因子，60；W/为切根功率所占的比重因子，20；W z为刀具转突降值所占的比重因子，20(10］。
1.2.3试验方法
根据不同因素的特点，优化切割参数，设置多因素正交试验和二次回归正交旋转组合试验。通过多因素正选出最佳切根效果的刀具，二归正选出刀具皮带进度的最佳参数。
2多因素正交试验
2.1因素水平表和正交表的确定
在仿真试验中，刀具转速为275r-min"1，皮带进给速度为0.9m•s"1时，切割力最才11］。考虑到力皮带发生滑动以及刀具切根过程中的震动现象，刀具转速和皮带度为中心，各4个水平，见表1o
有3个因素X，B，C，且K和C之间又有相互作用，因此3因素以及交互作用自由度之和为
/a+Z b+fc+3/bx C D1+1+1+3D6(2)加上额外的空列，正交表的列数应为：&%6+1二7，正交表选择厶2(49)o
2.2与分
对于收获机，3个评估指标中切根效果是所追求的第一要素，因此在正交试验中只对切断比进行分析。
第1期苗帅通，等.白菜收获机头的切割试验与分析-85-在依次完成各组正交试验，得到相应的数据
之后，通过MATLAB软件对试验数据进行分析。切根效果试验结果运算分析见表2，切根效果试验结果的方差分析见表3O
由表2可见，刀具形状影响最大，其次是刀具转速和皮带进给速度，最后是刀具转速和皮带进给速度的交互作用。表2中的优水平表明各因素的最佳水平，刀具形状中最佳的选择是80齿圆盘齿刀，刀具
转速最佳为400r-min"1，皮带进给速度最佳为1.0m-s'1。由表3可见，A、B+C都有高显著度，表明刀具形状、刀具转速和皮带进给速度都对切根效果有着比较明显的影响。
表1因素水平
Table1Factor levee
索爱wt19i因素
水平刀具转速B/皮带进给速度C/刀具形状a11
#s•min$#m•s$
1六刃光刀2500.6
2六刃锯齿刀3000.8
3三刃弧形齿刀350 1.0
480齿圆盘齿刀400 1.2
表2切根效果试验多因素试验结果
Table2Root cutting effect test usults calculation analysis table
试验号a B C BgC空列切断比11111111110.2 21222222220.34 31333333330.6 41444444440.58 52112233440.18 62221144330.34 72334411220.58 82443322110.56 93123412340.3 103214321430.26 113341234120.64 123432143210.72 134124334210.6 144213443120.64 154342112431 164431221341 171141423230.28 181232314140.54 191323241410.54 201414132320.36 212142341320.28 222231432410.54 232324123140.42 242413214320.4 253133124420.4
待业青年・86・黑龙江大学工程学报第12卷
注：A 是刀具形状，B 是刀具转速，C 是皮带进给速度，BgC 是刀具转速与皮带进给速度的交互作用
表2
Continued table 2
试验号
a B C B g C 空列
切断比
26324421
3
3
1
0.52
2733
1
1
3
42240.3428
3
42243
1
130.642941
3
42421
3
0.5
304243
1
3
1
2413143
1
24243
1
1
32
4421
3
1
3
420.96
优水平4
43
243
主次顺序
A ；
B ；
C ；
BgC
表3切根试验结果的方差分析
Table 3
Parameters of the hydraulic motor for lifting and conveying
方差来源
平方自由度方差F 值F #显著性
a 0.966 130.322
25.836 6
高显著度
B
0.495 7
30.165 213.257 0 3.049 1； 4.816 6高显著度C 0.190 130.063 4
5.084 7高显著度
B g
C 0.098 990.0110.881 7el
0.175 3
90.019 5
1.562 7
2.341 9；
3.345 8
e20.274 222
0.012 5
综合 1.926 2
31
注：el 为空列误差；e2为重复误差；F 0.01 (3, 22)'4.816 6； F 0.05 (3,22) =3.049 1；F 0.01 (9, 22) =3.345 :8； F 0.05 (9, 22) '2.341 9
3二次回归正交旋转组合试验
3.1因素水平编码表的确定
在二次回归正交旋转组合试验中，选择刀具转速和皮带进给速度这两个因素进行试验，切割刀具由
多因素正交试验选出80齿圆盘锯齿刀。根据二次回归正交旋转组合试验的方法，试验次数n 应满足：
窄线宽半导体激光器n = M c +M c +m ()= 4 + 4 + 8 = 16
(3)
式中：n 为试验次数；m c 为两水平试验次数；m ”为星号试验次数；M 0为零水平试验次数。
在试验的设计过程中，上述各值通过查询二次正交旋转组合设计参数表确定M c =4 , M s =4, m °=8。
确定星号臂s = 1.414。自然变量Q 的水平为[Q (, Q jr ]，其中Q (, Q 分别为因素的上下限。考虑星
， 水平：
(Q 1 + Q j $
( Q
c +
尊0 _ —2
_
2
(4)
变化区间5为
⑸
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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