摘要
新疆是我国优质红枣的主产区，在采收期依靠人力击打枣树主干振落红枣，然后将落地红枣采集成条状再由手工捡拾的方式完成收获作业。人工捡拾存在作业成本高、效率低、劳动力短缺等问题，采用机械化作业可大幅降低收获成本，提高作业效率，有效缓解南疆收获期出现的劳动力短缺现象。但现有机械式红枣收获机作业参数不匹配、作业参数调整方式繁琐且易受土壤制约。因此，本研究设计了一种针对南疆枣园人工集条后的落地红枣捡拾-输送清选装置。主要研究内容如下: （1）收获期枣园土壤（沙土）、红枣基本物料特性及接触参数测定。利用EDEM软件对枣园表层土壤（沙土）颗粒进行建模，通过Design-Expert软件开展Central Composite Design试验。以实际沙土休止角和滑动摩擦角为优化目标，获得最优接触参数组合为沙土-沙土恢复系数0.215、静摩擦系数0.611、滚动摩擦系数0.217,沙土-钢之间恢复系数0.375、静摩擦系数0.328、滚动摩擦系数0.125。基于所测接触参数，利用虚拟仿真确定了梳齿-土壤的互作接触规律。 （2）捡拾-输送清选装置结构设计。依据理论分析、预实验确定捡拾装置有效作业幅宽为1100mm;梳齿为直径12mm的圆钢，其长度为1050mm,梳齿间隙为18mm;条刷辊轴Z安装位置距离梳齿末端距离为262mm;条刷材质为弹性模量为3.14GPa的PVC材料，条刷板长度为150mm、厚度为5mm;捡拾速比λ为1.2～4.6,条刷辊轴转速范围为45～65r·min-1;输送清选装置安装角度β为24°,输送杆组与水平面的夹角β2为8°。 （3）基于离散元法的捡拾装置作业参数确定。利用EDEM软件建立落地红枣捡拾装置-土壤-红枣的离散元仿真模型，基于梳齿-土壤互作基本规律探究，根据动力学结果确定梳齿入土角度自由取值区间为30°～33°;以梳齿前进速度、梳齿入土深度作为试验因素，通过对红枣捡拾率和壅土量开展单因素试验，确定了梳齿前进速度的取值范围为0.2～0.4m/s,梳齿入土深度取值范围为5mm～45mm,在此基础上确定了捡拾装置作业参数调整结构仿形杆孔距高度有效工作取值范围为21mm～75mm。 （4）落地红枣捡拾-输送清选装置性能验证。以梳齿前进速度、条刷辊轴转速、仿形杆孔距高度（调整梳齿入土深度、入土角度）作为试验因素，以捡拾率、破损率、含杂率作为试验指标，利用Box-Behnken方法设计三因素三水平试验。利用Design-Expert软件对试验数据进行分析处理，确定了落地红枣捡拾-输送清选装置的最优工作参数组合。最终采用梳齿前进速度为0.3m/s,条刷辊轴转速为53r·min-1，仿形杆孔距高度为60mm,进行验证试验，试验结果表明优化后的装置红枣捡拾率为92.11％、破损率为2.07％、含杂率为4.15％,与预测模型相对误差不超过8％,模型可靠，满足作业要求。
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