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马铃薯挖掘机是一种常见的农业收获机械,杆链—摆动分离筛组合式分离装置是其主要工作部件之一,该装置主要用于马铃薯收获过程中马铃薯和土壤等混合物的分离。根据挖掘机薯土分离装置的设计和使用要求,小型马铃薯挖掘机多采用杆链式、摆动分离筛式的薯土分离装置,中型马铃薯挖掘机多采用杆链—摆动分离筛组合式的薯土分离装置。目前,内蒙古自治区的马铃薯种植多属于中小型规模,因此,杆链—摆动分离筛组合式薯土分离装置的马铃薯挖掘机使用更为普遍。本文基于离散元法和动态图像跟踪技术对摆动分离筛面上马铃薯的运动规律进行分析,开展马铃薯在摆动分离筛面的运动学分析研究,并进行了试验验证,主要内容如下:1、使用恢复系数测定方法对马铃薯接触碰撞恢复系数进行试验分析测定。结合马铃薯机械物理特性试验研究,对马铃薯与钢、马铃薯与马铃薯之间的滑动摩擦系数、碰撞恢复系数等相关物理参数进行了试验研究,研究工作主要为以下两方面:首先,为了分析马铃薯摩擦系数,对马铃薯之间的摩擦角进行试验测定,测得马铃薯与马铃薯之间摩擦角为21.5°;马铃薯与65Mn钢的摩擦角为22.4°;马铃薯与覆有土壤颗粒的65Mn钢摩擦角为22.8°。针对马铃薯碰撞力学及弹性特性,对马铃薯碰撞恢复系数进行测定分析,测得马铃薯与65Mn钢的碰撞恢复系数近似为0.42;马铃薯与马铃薯表面的碰撞恢复系数为0.31,所得数据可为马铃薯在摆动分离筛面的离散元仿真模拟试验提供参考数据。2、为了预测马铃薯在摆动分离筛面的运动状态,基于达朗伯原理,建立马铃薯在摆动分离筛面的正向滑动、反向滑动及跳跃等运动模型,分析特征参数正向滑动指数Dm、反向滑动指数Dp及跳跃指数Dd与摆动分离筛参数的数学关系,获得影响筛面上薯土混合物运动状态改变的参数为:筛面倾角、摆动方向角、曲柄转速和曲柄半径,对马铃薯在筛面的运动进行分析,引入速度系数,推导出马铃薯正向滑动、反向滑动和跳跃的平均速度理论计算公式。3、针对马铃薯形状不规则问题,利用3D混合扫描技术完成马铃薯的三维扫描建模。利用离散元接触力学模型建立马铃薯与马铃薯、马铃薯与筛面之间的接触碰撞模型,并对马铃薯在摆动分离筛面上的运动进行仿真模拟:（1）随着筛面倾角的增加,摆动分离筛的摆动强度不变,但正向滑动指数增加、反向滑动指数减小,马铃薯在筛面正向滑动的速度增加;随着摆动频率的增加,摆动分离筛的摆动强度增加,马铃薯正向滑动指数增加,而反向滑动指数增加幅度相对较小,同时马铃薯跳跃指数增加;马铃薯在筛面正向移动速度随摆动方向角的增加呈逐渐减小的趋势,当摆动方向角为18.8°时,马铃薯在滑动过程中后滑位移较大,平均速度最小。（2）马铃薯在筛面正向运动速度随摆动分离筛曲柄半径的增加而呈现先减小后增大的趋势。（3）综合模拟分析可知,模拟仿真过程中若不考虑土壤颗粒影响下,当筛面倾角为9.7°,曲柄半径为35mm,摆动频率为3.0Hz或3.5Hz,摆动方向角为16.8°时,马铃薯在筛面运动的平均速度较大。4、利用高速摄像机的动态图像跟踪功能对筛面上薯土混合物分离过程中马铃薯的运动进行采集,并借助TEMA动态图像分析系统对马铃薯的运动数据进行分析。通过试验数据分析可知:（1）在摆动方向角、曲柄转速、曲柄半径一定的情况下,随着筛面倾角的增加,马铃薯的平均速度增加,马铃薯在筛面的运动时间缩短,在保证薯土混合物充分分离,提高了马铃薯的输送效率;随着曲柄转速的增加,马铃薯在筛面正向滑动的平均速度增加,但较大的曲柄转速会造成马铃薯损伤增加,即当曲柄转速n>210r/min时,马铃薯损伤逐渐增加。（2）马铃薯在筛面正向移动速度随摆动方向角的增加呈现逐渐减小的趋势,即摆动方向角为16.8°时,马铃薯在筛面正向移动速度较大,摆动分离筛摆动一个周期内,马铃薯正向滑动的位移远大于反向滑动位移,且马铃薯在筛面上不发生跳跃,马铃薯损伤最小;而当摆动方向角为17.8°、18.8°时,正向移动速度相对最小,马铃薯在筛面上均以滑动为主。（3）马铃薯在筛面正向运动的速度随曲柄半径的增加而先减小后增大,即曲柄半径为40mm时,马铃薯正向移动的平均速度最小,薯土混合物在摆动分离筛面主要以正向跳跃、反向滑动为主,而反向滑动状态导致平均速度降低;当曲柄半径为45mm时,马铃薯发生跳跃后落回筛面,与筛面发生碰撞反弹并起跳,进入第二阶段跳跃状态,薯土混合物得到充分分离,但马铃薯的损伤严重,所以应相对选择最佳的曲柄半径为35mm。5、通过对试验运动数据的分析,可知在改变摆动分离筛结构和运动参数的情况下,马铃薯在摆动分离筛面的运动速度方程可由（5）（10）（10）（28）tctbatx)sin（）cos（）(??表示。从模拟及试验的综合分析可以得出:当筛面倾角为9.7°,曲柄半径为35mm,曲柄转速为180r/min,摆动方向角为16.8°时,马铃薯和土壤等混合物在筛面上具有良好的薯土分离效果,马铃薯在筛面以正向滑动为主,获得良好的输送效果;摆动周期内马铃薯在筛面上正向滑动位移远大于反向滑动位移,马铃薯不会发生剧烈跳跃运动,马铃薯破皮损伤少,平均速度较大。