侯加林 李 超 婁 偉 周 凱 李玉華 李天華

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 泰安 271018； 2.山東省農(nóng)業(yè)裝備智能化工程實(shí)驗(yàn)室， 泰安 271018；3.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院， 杭州 310058)

0 引言

大蒜聯(lián)合收獲包括挖掘、夾持、切莖、切根、收集等環(huán)節(jié)[1-4]。目前國(guó)內(nèi)研制的振動(dòng)對(duì)行有序夾持大蒜收獲機(jī)[5]與雙行手扶式大蒜聯(lián)合收獲機(jī)[6]可實(shí)現(xiàn)180～220 mm行距內(nèi)大蒜的去莖收獲。西方發(fā)達(dá)國(guó)家大蒜收獲技術(shù)較成熟，西班牙CZ系列與AR系列大蒜收獲機(jī)和法國(guó)RE系列大蒜收獲機(jī)[7]可實(shí)現(xiàn)大蒜挖掘、夾持、切莖與收集。

柔性低損夾持[8]是果蔬收獲所關(guān)注問(wèn)題，果實(shí)流變特性[9]是衡量形變量與損傷之間關(guān)系常用的研究方法。ZOU等[10]采用流變模型分析了夾持裝置的當(dāng)量值與輸送速度對(duì)菠菜損傷的影響。ZHANG等[11]基于輸入力、接觸時(shí)間和番茄粘彈性參數(shù)分析了不同抓取方式對(duì)紅熟期番茄的影響。對(duì)于夾持裝置作業(yè)參數(shù)變化引起的根莖類作物植株莖稈受力變形[12]對(duì)輸送損失與定位損傷的影響鮮有報(bào)道。

針對(duì)大蒜聯(lián)合收獲機(jī)作業(yè)要求，本文設(shè)計(jì)一種交錯(cuò)浮動(dòng)式夾持裝置，實(shí)現(xiàn)大蒜植株可變剛度柔性?shī)A持。通過(guò)莖稈受力變形與植株運(yùn)動(dòng)分析，確定裝置關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)，構(gòu)建莖稈流變數(shù)字模型，并根據(jù)不同載荷下的莖稈蠕變曲線擬合莖稈的粘彈性參數(shù)，明析關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)與輸送裝置夾持力、輸送損失及鱗莖損傷的關(guān)系。建立夾持作業(yè)質(zhì)量預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行優(yōu)化求解，得出最優(yōu)參數(shù)組合，并加以試驗(yàn)驗(yàn)證，以實(shí)現(xiàn)高成功率與低損傷率的夾持作業(yè)要求。

1 夾持裝置結(jié)構(gòu)與力學(xué)分析

1.1 結(jié)構(gòu)與工作原理

拉拔收獲原理[13]和根莖對(duì)齊原理[14]是大蒜、洋蔥、胡蘿卜、花生等作物普遍采用的收獲原理，因此對(duì)夾持裝置有夾緊和韌性要求，以便作物拔出輸送與縱向滑移達(dá)到根莖頂端對(duì)齊。但輸送過(guò)程易發(fā)生損失和損傷的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)了一種浮動(dòng)式夾持裝置，工作區(qū)域內(nèi)間錯(cuò)布置多個(gè)浮動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)大蒜植株可變剛度柔性?shī)A持。

浮動(dòng)式夾持裝置是大蒜有序收獲的核心部件，主要由單向變頻電機(jī)、減速箱、鏈條、浮動(dòng)輪以及用于支撐的底板和機(jī)架組成，定位機(jī)構(gòu)主要由切割刀下方的上下定位板與之間的鏈輪、鏈條、鏈條導(dǎo)軌等組成，實(shí)現(xiàn)莖稈的輔助輸送與鱗莖滑移限位，如圖1所示。

圖1 浮動(dòng)式夾持裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural diagrams of floating clamping device1.單向變頻電機(jī) 2.減速箱 3.軸套 4.萬(wàn)向節(jié) 5.定位板 6.切割刀 7.驅(qū)動(dòng)鏈輪 8.鏈條 9.張緊器 10.從動(dòng)鏈輪 11.鏈條導(dǎo)軌 12.浮動(dòng)輪 13.扭簧 14.支撐柱

變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪、鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，大蒜植株進(jìn)入從動(dòng)鏈輪間隙，隨著鏈條的移動(dòng)，從泥土中拔出并斜向上進(jìn)行輸送，浮動(dòng)輪扭簧發(fā)生彈性形變，提供大蒜植株輸送夾持力，當(dāng)鱗莖與定位機(jī)構(gòu)接觸時(shí)，大蒜植株產(chǎn)生縱向滑移，在夾持裝置末端莖稈與切割裝置接觸，實(shí)現(xiàn)蒜莖與鱗莖的分離。

1.2 浮動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

浮動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)主要由支撐板、壓板、浮動(dòng)輪、扭簧、支撐柱等組成，通過(guò)扭簧發(fā)生彈性變形，提供大蒜植株夾持力，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 浮動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of floating clamping mechanism1.支撐板 2.壓板 3.浮動(dòng)輪 4.扭簧 5.支撐柱

1.2.1莖稈運(yùn)動(dòng)與受力分析

大蒜植株在夾持裝置的作用下從田間拔出并輸送，由于定位機(jī)構(gòu)對(duì)鱗莖的限位作用，使得鱗莖上端對(duì)齊，以便夾持后期莖稈與鱗莖的切割分離。在大蒜植株拔取與定位階段，從收獲機(jī)前進(jìn)速度、鏈條輸送速度和莖稈變形速度之間的關(guān)系，進(jìn)行鏈條拉拔角與莖稈單元壓力關(guān)系分析，如圖3所示。

圖3 大蒜植株運(yùn)動(dòng)與受力分析Fig.3 Analysis of garlic plant movement and force

在大蒜植株拔取階段，收獲機(jī)前進(jìn)速度vm與輸送速度vc應(yīng)滿足[15]

(1)

式中vg1——拔取階段大蒜植株實(shí)際速度，mm/s

Φ——收獲傾角，(°)

ψ——拉拔角，(°)

在鱗莖定位階段應(yīng)滿足

(2)

式中vg2——定位階段大蒜植株實(shí)際速度，mm/s

vh——大蒜植株相對(duì)滑移速度，mm/s

大蒜植株在夾持裝置首端喂入到穩(wěn)定夾持輸送過(guò)程中，莖稈的變形量也逐步達(dá)到了最大值，此時(shí)輸送速度vc和莖稈變形速度vb應(yīng)滿足[10]

(3)

式中D0——莖稈變形量，mm

l——莖稈變形過(guò)程中輸送距離，mm

k——比例系數(shù)

莖稈變形主應(yīng)力是由浮動(dòng)輪扭簧發(fā)生彈性變形造成的，則莖稈單元壓力p為

(4)

式中B——莖稈夾持高度，mm

d——莖稈直徑，mm

Fi——浮動(dòng)輪施加給莖稈的擠壓力，N

結(jié)合之前的研究，當(dāng)收獲機(jī)前進(jìn)速度為340～740 mm/s，鏈條輸送與收獲機(jī)前進(jìn)速比為2～3.1較適合大蒜夾持輸送[16]，過(guò)快的輸送速度會(huì)造成輸送擁堵與損傷，導(dǎo)致作業(yè)效率降低，結(jié)合大蒜植株的物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[17]及機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)效果，將試驗(yàn)臺(tái)架輸送速度范圍設(shè)置為500～1 500 mm/s。

1.2.2莖稈變形分析

在浮動(dòng)輪作用下，大蒜植株呈S形線路輸送，如圖4所示。

圖4 莖稈運(yùn)動(dòng)與變形分析Fig.4 Analysis of stem movement and deformation

莖稈彎矩可表示為[15]

(5)

式中Es——莖稈彈性模量，MPa

F1——浮動(dòng)輪1施加給莖稈的擠壓力，N

L2——莖稈變形后段長(zhǎng)度，mm

L3——莖稈變形總長(zhǎng)度，mm

Is——莖稈轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，N·mm2

將公式(5)進(jìn)行積分，則莖稈夾持后的變形撓度Δy可表示為

(6)

式中L1——莖稈變形前段長(zhǎng)度，mm

莖稈的變形量應(yīng)滿足[18]

(7)

式中Dh——莖稈和扭簧總變形量，mm

k0——浮動(dòng)輪彈性系數(shù),N/mm

引起莖稈形變的力可表示為

Fi=k0Di(i=1，2，3)

(8)

式中Fi——浮動(dòng)輪i施加給莖稈的擠壓力，N

Di——浮動(dòng)輪i變形量，mm

隨著浮動(dòng)輪間距的增加，浮動(dòng)輪的變形量降低，由公式(8)可知，浮動(dòng)輪施加給莖稈的擠壓力降低，由于浮動(dòng)輪自身尺寸及旋轉(zhuǎn)浮動(dòng)和莖稈夾持變形撓度的需要，因此將試驗(yàn)臺(tái)架浮動(dòng)輪間距范圍設(shè)置為70～100 mm。

扭簧產(chǎn)生的扭矩與力矩可表示為

(9)

式中R0——扭簧中徑，mm

θ1——浮動(dòng)輪1扭轉(zhuǎn)角

E——扭簧彈性模量，MPa

I——扭簧絲截面慣性矩，mm4

L——浮動(dòng)輪扭轉(zhuǎn)半徑，mm

α——浮動(dòng)輪與前進(jìn)方向的夾角，rad

n——扭簧有效圈數(shù)

根據(jù)浮動(dòng)輪變形后的幾何關(guān)系，可得到

Di=Lθicosα(i=1,2,3)

(10)

式中θi——浮動(dòng)輪i的扭轉(zhuǎn)角，rad

通過(guò)公式(8)～(10)可得到浮動(dòng)輪的彈性系數(shù)

(11)

當(dāng)浮動(dòng)輪與前進(jìn)方向的夾角為0.13 rad時(shí)，較適合作物平穩(wěn)夾持輸送，通過(guò)公式(11)，并結(jié)合扭簧參數(shù)與大蒜莖稈夾持特性，將試驗(yàn)臺(tái)浮動(dòng)輪的彈性系數(shù)范圍設(shè)置為1～5 N/mm。

2 莖稈流變數(shù)字模型

2.1 Burgers流變模型建立

新鮮莖稈表現(xiàn)出的流變特性與粘彈性特性，可由一個(gè)包含彈性元件與粘性元件以及分布在兩側(cè)的一對(duì)獨(dú)立的彈性元件和粘性元件組成的Burgers流變模型描述，如圖5所示。

圖5 莖稈夾持的Burgers 流變模型Fig.5 Burgers model of garlic stalk holding

基于每一層輸入力Fi(t)與變形響應(yīng)xi(t)，并結(jié)合公式(7)，可得到莖稈整體接觸力F(t)與莖稈整體變形量x(t)的本構(gòu)方程[19-20]

(12)

(13)

b1=c3

(14)

(15)

(16)

式中k1——瞬時(shí)彈性系數(shù)，N/mm

k2——延遲彈性系數(shù)，N/mm

c2——并聯(lián)粘性系數(shù)，N·s/mm

c3——串聯(lián)粘性系數(shù)，N·s/mm

2.2 Burgers模型參數(shù)獲取

田間生長(zhǎng)的大蒜莖葉較柔軟，在夾持輸送過(guò)程中，莖稈實(shí)際壓縮變形量發(fā)生改變。莖稈受力變形明顯，鱗莖定位階段，不易實(shí)現(xiàn)大蒜植株的滑移；夾持裝置施力過(guò)小，莖稈受力變形作用不明顯，在自身重力和機(jī)器振動(dòng)影響下，越容易發(fā)生莖稈的垂直滑移，造成鱗莖定位不精準(zhǔn)問(wèn)題。莖稈變形量反映夾持裝置作用程度，因此有必要估計(jì)粘彈性參數(shù)[21]來(lái)計(jì)算莖稈的變形。粘彈性參數(shù)流變模型可表示為

(17)

夾持鏈條由鏈板、鏈銷、軸套等部件構(gòu)成，為實(shí)現(xiàn)根莖類作物的有效夾持，非食用莖稈部分的受力變形效果顯著(變形前后莖稈直徑差異較大)，且莖稈變形區(qū)域內(nèi)變形量趨于一致，因此可忽略由鏈條結(jié)構(gòu)特征對(duì)莖稈表型受力差異造成的影響。為得到新鮮莖稈受壓變形后實(shí)際蠕變情況，忽略表型受壓差異影響，莖稈受壓面簡(jiǎn)化為平面，使用EZ-TEXT型質(zhì)構(gòu)儀(SES，日本)進(jìn)行壓縮蠕變?cè)囼?yàn)[22-23]，采用P50探頭(直徑為50 mm)，如圖6所示。

圖6 大蒜莖稈壓縮蠕變?cè)囼?yàn)裝置Fig.6 Compression creep test device of garlic stalk1.主機(jī) 2.顯示器 3.質(zhì)構(gòu)儀 4.莖稈

采用成熟期“金鄉(xiāng)紅蒜”60株，距離鱗莖200 mm，截取長(zhǎng)度50 mm。探頭加載速度10 mm/min，分別施加3、5、7 N的載荷，恒定載荷保持階段，間隔0.01 s收集一次數(shù)據(jù)，記錄莖稈變形量隨時(shí)間的變化關(guān)系，如圖7所示。

圖7 不同載荷下的莖稈蠕變曲線Fig.7 Stem creep curves under different loads

為得到莖稈的粘彈性參數(shù)，采用Matlab(R2018b)軟件擬合莖稈蠕變曲線與粘彈性參數(shù)求解，結(jié)果如表1所示。

表1 莖稈蠕變模型參數(shù)擬合結(jié)果Tab.1 Fitting results of parameters of stem creep model

擬合系數(shù)均大于0.999 5，構(gòu)建的流變模型能夠很好地表示莖稈的擠壓蠕變特性，莖稈蠕變擬合曲線如圖8所示。

圖8 莖稈蠕變擬合曲線Fig.8 Creep fitting curves of garlic stalk

3 作業(yè)參數(shù)對(duì)裝置夾持力的影響分析

3.1 浮動(dòng)輪彈性系數(shù)

結(jié)合浮動(dòng)輪變形與夾持力和鱗莖穿刺損傷的條件可知，浮動(dòng)輪的彈性系數(shù)應(yīng)滿足

(18)

式中m——大蒜植株質(zhì)量，g

g——重力加速度，m/s2

Fp——大蒜鱗莖損傷穿刺破壞力，N

γ——浮動(dòng)夾持安全系數(shù)，N/mm

μ——輸送鏈與莖稈的靜摩擦因數(shù)

大蒜植株穩(wěn)定輸送過(guò)程，莖稈變形為常量，即莖稈整體變形量x(t)=0，當(dāng)k0=1 N/mm時(shí)，代入公式(12)得

(19)

得F(0)=2.6 N，F(xiàn)(10)=2.1 N，可求得夾持力與時(shí)間的關(guān)系式為

F(t)=0.51e-0.26t+2.09e-0.001 4t(0≤t≤20 s)

(20)

同理可得到k0=3 N/mm與k0=5 N/mm時(shí)對(duì)應(yīng)的夾持力隨時(shí)間變化函數(shù)：F(t)=1.5e-0.26t+5.2e-0.001 5t(0≤t≤20 s)、F(t)=1.7e-0.26t+8.4e-0.001 9t(0≤t≤20 s)，如圖9所示。

圖9 不同彈性系數(shù)時(shí)夾持力隨時(shí)間變化曲線Fig.9 Clamping force with time for different elastic coefficients

當(dāng)浮動(dòng)輪的當(dāng)量彈性系數(shù)越小，夾持力越小，導(dǎo)致大蒜損失；當(dāng)浮動(dòng)輪的彈性系數(shù)越大，夾持力越大，鱗莖頂部易磨損與淤傷。

3.2 浮動(dòng)輪間距

當(dāng)l=85 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的夾持力隨時(shí)間變化函數(shù)為F(t)=1.5e-0.26t+5.2e-0.001 5t(0≤t≤20 s)，當(dāng)l=70 mm與l=100 mm時(shí)對(duì)應(yīng)的夾持力隨時(shí)間變化函數(shù)分別為：F(t)=1.4e-0.26t+5.1e-0.001 5t(0≤t≤20 s)與F(t)=1.7e-0.26t+6.7e-0.001 5t(0≤t≤20 s)，不同浮動(dòng)輪間距的夾持力隨時(shí)間變化的曲線如圖10所示。

圖10 不同浮動(dòng)輪間距時(shí)夾持力隨時(shí)間變化曲線Fig.10 Clamping force with time for different wheel spacings

當(dāng)浮動(dòng)輪間距越小，夾持力越小，當(dāng)減小到一定程度后變化不大。浮動(dòng)輪間距越大，擺動(dòng)行程越大，鏈條變形顯著，易導(dǎo)致大蒜損失。

3.3 鏈條輸送速度

當(dāng)vc=1 000 mm/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的夾持力隨時(shí)間變化函數(shù)為F(t)=1.5e-0.26t+5.2e-0.001 5t(0≤t≤20 s)，同理可得到vc=500 mm/s與vc=1 500 mm/s時(shí)對(duì)應(yīng)的夾持力隨時(shí)間變化函數(shù)：F(t)=0.9e-0.26t+5e-0.001 5t(0≤t≤40 s)與F(t)=1.6e-0.26t+6.5e-0.001 5t(0≤t≤13 s)，不同鏈條輸送速度的夾持力變化曲線如11所示。

圖11 不同輸送速度時(shí)夾持力隨時(shí)間變化曲線Fig.11 Clamping force with time at different conveying speeds

當(dāng)鏈條輸送速度越慢，夾持力越小，工作效率越低；當(dāng)鏈條輸送速度越快，夾持力越大，工作效率越高，但容易造成鱗莖頂部受損。

4 試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)條件與方法

為確定大蒜聯(lián)合收獲機(jī)夾持裝置最佳工作參數(shù)，于2020年5月15日在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)智能農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，如圖12所示。試驗(yàn)品種為“金鄉(xiāng)紅蒜”，大蒜植株總長(zhǎng)度為594～861 mm，鱗莖高度為33.53～50.86 mm，莖稈直徑為11.24～18.45 mm，莖盤直徑為19.21～30.35 mm，莖稈含水率為80.52%～81.59%，鱗莖含水率為30.08%～36.89%。

圖12 大蒜植株夾持試驗(yàn)臺(tái)架Fig.12 Bench test of garlic plant clamping1.夾持機(jī)構(gòu) 2.鱗莖定位機(jī)構(gòu) 3.變頻調(diào)速電機(jī) 4.大蒜植株 5.支撐柱 6.浮動(dòng)輪

4.2 試驗(yàn)因素與指標(biāo)選取

選擇浮動(dòng)輪彈性系數(shù)、間距及鏈條輸送速度作為試驗(yàn)因素，成功率和損傷率作為夾持作業(yè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。若裝置無(wú)法提供輸送足夠的夾持力，莖稈變形效果不顯著，大蒜植株在自身重力與受潤(rùn)滑油與擠壓受傷的蒜葉汁液影響的鏈條及機(jī)器運(yùn)行振動(dòng)作用下滑移掉落，在夾持裝置末端，鱗莖未與定位機(jī)構(gòu)的下定位板接觸，即沒(méi)有達(dá)到鱗莖的定位標(biāo)準(zhǔn)，則是夾持不成功。在鱗莖定位階段，定位機(jī)構(gòu)的兩側(cè)下定位板間隙大于莖稈直徑，依靠鱗莖自身尺寸特征限制大蒜植株向上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水平輸送效果，若裝置提供較大的夾持力，莖稈變形效果顯著，鱗莖與定位板間的摩擦增大，在大蒜植株橫向輸送與縱向滑移過(guò)程中就會(huì)造成鱗莖的頂端蒜皮脫落和果肉組織搓擦損傷[24]。夾持輸送末端裝有切割刀，以便實(shí)現(xiàn)莖稈(非食用部分)與鱗莖(食用部分)的分離，在大蒜植株夾持、定位和切割過(guò)程，成功率為達(dá)到鱗莖定位標(biāo)準(zhǔn)高度的鱗莖質(zhì)量與總質(zhì)量之比；損傷率為鱗莖頂部受損的鱗莖質(zhì)量與總質(zhì)量之比。

4.3 試驗(yàn)方案

采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)因素編碼如表2所示。

表2 試驗(yàn)因素編碼Tab.2 Coding of test factors

為模擬實(shí)際情況，在試驗(yàn)田隨機(jī)挖取100顆并選擇85顆健壯的大蒜作為試驗(yàn)樣本，大蒜植株呈自然下垂姿態(tài)，采用手持方式依次喂入，夾持高度為鱗莖上端80～280 mm處，株距為120 mm，每組試驗(yàn)重復(fù)5次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值。

4.4 試驗(yàn)結(jié)果與參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)實(shí)際作業(yè)要求，對(duì)浮動(dòng)輪彈性系數(shù)、間距及鏈條輸送速度進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)方案與結(jié)果如表3所示，X1、X2、X3為因素編碼值。

表3 試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.3 Test scheme and results

對(duì)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行了多元線性回歸擬合及方差分析，結(jié)果如表4所示。

表4 方差分析Tab.4 Variance analysis

(21)

(22)

利用Design-Expert軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并利用Origin軟件生成3D響應(yīng)曲面，確定出各因素對(duì)成功率Y1和損傷率Y2的影響，各因素交互作用對(duì)成功率和損傷率影響的響應(yīng)曲面如圖13所示。

圖13 各因素交互作用對(duì)成功率和損傷率影響的響應(yīng)曲面Fig.13 Response surface of interaction of various factors

浮動(dòng)輪彈性系數(shù)越大，夾持力越大，夾持成功率越高；浮動(dòng)輪間距適中時(shí)，浮動(dòng)輪扭簧變形與鏈條位移互作影響較好，夾持的成功率越高；鏈條輸送速度越高，夾持效率越高。浮動(dòng)輪彈性系數(shù)越大，大蒜植株越不易發(fā)生縱向滑移，鱗莖越容易定位擠壓受損，損傷率越高；浮動(dòng)輪間距越小，浮動(dòng)輪扭簧變形調(diào)節(jié)能力越差，損傷率越高；鏈條輸送速度越大，鱗莖受到的摩擦沖擊越大，損傷率越高。

采用Design-Expert軟件，進(jìn)行作業(yè)參數(shù)優(yōu)化求解。設(shè)定約束條件：maxY1，minY2；1 N/mm≤x1≤5 N/mm，70 mm≤x2≤100 mm，500 mm/s≤x3≤1 500 mm/s。得到較優(yōu)的參數(shù)組合為：浮動(dòng)輪彈性系數(shù)、間距及鏈條輸送速度分別為2.36 N/mm、83.08 mm和518.69 mm/s，此時(shí)模型預(yù)測(cè)成功率和損傷率為97.08%和1.41%。

為確保優(yōu)化試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，考慮到實(shí)際試驗(yàn)的可操作性，將浮動(dòng)輪彈性系數(shù)、間距及鏈條輸送速度等參數(shù)修正為2 N/mm、83 mm和520 mm/s，此時(shí)成功率和損傷率為97.42%和1.36%，比理論模型分別提高0.34個(gè)百分點(diǎn)和減小0.05個(gè)百分點(diǎn)，試驗(yàn)與優(yōu)化結(jié)果基本一致，滿足大蒜聯(lián)合收獲高成功率與低損傷率的作業(yè)要求。

5 結(jié)論

(1)設(shè)計(jì)了一種浮動(dòng)式夾持裝置，通過(guò)交錯(cuò)式浮動(dòng)輪的擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了大蒜植株變剛度柔性?shī)A持，提高了輸送成功率，降低了鱗莖損傷率。

(2)通過(guò)莖稈受力變形與植株運(yùn)動(dòng)分析，確定了關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)，構(gòu)建了莖稈流變數(shù)字模型，并根據(jù)不同載荷下的莖稈蠕變曲線擬合了莖稈的粘彈性參數(shù)，明析了關(guān)鍵作業(yè)參數(shù)與輸送裝置夾持力、輸送損失及鱗莖損傷的關(guān)系，完善了根莖類作物夾持收獲理論。

(3)通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)得到各因素對(duì)成功率影響主次順序?yàn)椋焊?dòng)輪彈性系數(shù)、浮動(dòng)輪間距、鏈條輸送速度，對(duì)損傷率的影響主次順序?yàn)椋焊?dòng)輪彈性系數(shù)、鏈條輸送速度、浮動(dòng)輪間距。

(4)通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)建立夾持作業(yè)質(zhì)量預(yù)測(cè)模型并優(yōu)化求解，得出最優(yōu)參數(shù)組合，當(dāng)浮動(dòng)輪彈性系數(shù)、間距及鏈條輸送速度分別為2 N/mm、83 mm和520 mm/s時(shí)，裝置性能最優(yōu)，成功率和損傷率分別為97.42%和1.36%。對(duì)優(yōu)化因素進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)與優(yōu)化結(jié)果基本一致，滿足大蒜聯(lián)合收獲高成功率與低損傷率的作業(yè)要求。