[00112163]马铃薯机械收获伤薯机理及低损伤收获关键技术研究

①课题来源与背景 《马铃薯机械收获伤薯机理及低损伤收获关键技术研究》项目是甘肃农业大学承担的2016国家自然科学基金地区基金项目（项目编号51665002）,项目实施期为4年。 ②研究目的与意义 项目实施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。 ③主要论点与论据 经过项目团队成员围绕马铃薯收获机低损伤收获存在的关键问题,通过测定马铃薯力学参数、收获期马铃薯块茎碰撞恢复系数、收获期块茎的物理机械特性及马铃薯压缩力学特性,结合收获期马铃薯块茎振动碰撞试验、收获期马铃薯块茎跌落冲击损伤试验、收获期马铃薯块茎振动碰撞试验研究,建立关于马铃薯的损伤率模型,分析马铃薯收获机结构参数和工作参数对马铃薯损伤率的影响,采用综合评价、回归分析和遗传神经网络方法,得出一套低损伤马铃薯收获机的设计方法。根据此方法优化改进小型振筛式马铃薯挖掘机,设计了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验证。通过项目实施,项目成果发表研究论文11 篇,其中SCI/EI 收录论文5 篇,获得省部级科技成果奖1 项,授权专利4 件。 ④创见与创新 项目组围绕马铃薯收获机低损伤收获存在的关键问题,通过对收获期马铃薯块茎振动碰撞试验、收获期马铃薯块茎跌落冲击损伤试验、收获期马铃薯块茎振动碰撞试验研究,采用综合评价、回归分析和遗传神经网络方法,得出一套低损伤马铃薯收获机的设计方法。据此优化改进小型振筛式马铃薯挖掘机,并设计了一种残膜回收型全膜覆土垄播马铃薯挖掘机,对其中的创新部分申请国家发明专利。项目实施期间生产样机3 台,在甘肃省定西市陇西县开展低损收获试验,并与陇西县甘露马铃薯专业合作社签订机具试验许可协议,3 年累计试验面积约500亩,通过试验验证低损伤马铃薯收获机设计方法的可行性。 ⑤社会经济效益,存在的问题 项目成功实施有利于降低马铃薯机械收获过程中的块茎损伤,提高马铃薯产量,增加农户收入,有较好的经济效益。 针对《马铃薯机械收获伤薯机理及低损伤收获关键技术研究》中获得的低损马铃薯收获设计方法,仅研制了3台样机进行了田间试验,试验面积相对较小。项目组计划联系相关部门,积极争取资金,将技术成果进行转化,研制更多机具在不同区域进行试验示范,检验机具的可靠性及低损马铃薯收获机设计方法的合理性。 ⑥历年获奖情况 2019年获全国农牧渔业丰收二等奖。