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关于花生联合收获机研制的建议


关于花生联合收获机研制的几点建议
一、花生联合收获机的现状。
当前,国内花生联合收获技术正处于引进吸收或研究开发阶段。国外机型,一般在技术上都相对成熟,但价格偏高(40万左右),适用于花生规模化种植的收获,不太适合中国国情。国内的相关技术,较为成熟的是:花生挖掘技术和花生摘果清选技术。在花生收获中,还没有花生联合收获技术的大面积应用。
目前,国

内的花生收获作业,大体分为2种模式。一是手工收获模式。即:人工挖拔+田间晾晒+人工拣拾摘果+人工清选。二是分段收获机械化模式。即:简易花生挖掘机或铧式犁挖掘+人工捡拾、清土+田间晾晒+人工或机械摘果+剥壳机剥壳。这2种模式收获,均需耗费较多的人力和工时,作业效率低。花生产区的老百姓对低价位的花生联合收获机需求迫切。
二、花生联合收获机的研制思路:
以技术上较为成熟的拖拉机作为基本动力,来实现联合收获机小型化低成本的要求;对较为成熟的花生摘果清选技术进行适应性改造,以满足联合收获的需要;通过重点设计花生挖掘机构和花生秧果升运机构,来实现挖掘机构与摘果机构的技术融合;增加花生集果机构,来实现对收获后的花生收集的要求;对花生联合收获机进行结构性设计,来实现各部分机构搭配合理,结构简洁紧凑、动力传输方便和各项作业科学衔接的要求。以此来实现花生挖掘、升运、去土、摘果、清选和集果等功能一次性完成的联合收获作业。
三、花生联合收获机的主要机构设计
1、对挖掘机构的设计
①结构设计。传统的挖掘铲结构,后面大多接有较长的与行进方向相一致的栅条,用来将被挖掘物托起,便于后面的输送链运输。这种被动的托送结构,很容易造成堵塞。为了解决这一问题,使挖掘部分适应于联合收获的需要,在设计过程中,将挖掘铲的栅条缩短,增加一对主动旋转的输送辊,使被挖掘物能够被主动的快速传送到输送链上运走。传统机构与新设计机构结构对比示意图见图1:
图1
传统机构与新设计机构结构对比示意图

②输送辊设计。考虑到空间的限制和传动安装的要求,输送辊必须选取直径不同的二个辊来完成输送工作。小辊直径选取为100mm,大辊直径选取200mm。因为联合收获机工作时的行进速度为0.5-0.8m/s,要保障2个输送辊正常工作,就得使这2个辊的线速度大于联合收获机的行进速度。经多次试验,我们得到,2个辊的工作线速度是联合收获机行进速度的1.5倍时,输送辊工作效果最好,所以,输送辊的线速度确定为1.2m/s。按照这个线速度,计算二个辊的转速为:
ω= 1000V/R
式中:V-------输送辊的线速度(m/s)
R-------输送辊的半径(mm)
ω-------输送辊的角速度(rad/s)
ω大=1000×1.2/100
=12rad/s
ω小=1000×1.2/50
=24rad/s
n=60ω/2π
式中:ω-------输送辊的角速度(rad/s)
n-------输送辊的转速(r/min)
n大=60×12÷2÷3.14
=114r/min
N小=60×24÷2÷3.14
=228r/min
设计时取大辊转速为120 r/min,小辊转速为228 r/min。
③入土角的确定。在挖掘铲结构确定后,挖掘铲的入土角大小,直接影响着联合收获机的挖掘深度和行进阻力。从而,对挖掘效果和动力消耗产生影响。挖掘铲入土角示意图见图2
图2
挖掘铲入土角示意图

查农机设计手册知,挖掘铲的入土角通常为10度—20度。这个范围确定以后,主要考虑的问题就是挖掘深度。通过查询花生生长的农艺资料得知,花生果一般生长在土壤下面50-150mm处。所以,挖掘深度应大于150mm。但挖掘深度也不能太大,太大了会造成联合收获机行进阻力迅速增加,影响作业速度。通过试验的方法,可以得到了挖掘铲较为理想的入土角。为了提高机具的适应性,通常入土角可调。
④挖掘铲安装形式设计
花生联合收获机在作业时,要适应不同的花生种植模式(一般分为裸地种植和地膜种植)。不同的地域,不同的种植模式,适用的挖掘铲也不相同。同时, 挖掘铲是易损件,需要经常更换。所以,挖掘铲的安装形式,应该是可更换式的。为了便于拆装,挖掘铲应设计专用的铲架,挖掘铲与铲架之间采用套筒式联接,用螺栓紧固。结构简图见图3。这样做,既降低了更换挖掘铲的成本,又增强了机具的适应性。
图3挖掘铲安装形式简图

2、对输送机构的设计
输送机构,作用是把挖掘出来的秧果输送到摘果机构进行摘果,在输送过程中,完成秧果的去土功能,并保证在去土和输送的过程中,不会造成大量落果。这部分的设计,直接关系着联合收获机的整体作业效果和联合收获的基本思路能否实现。
①链条的选取
输送机构,在工作时,输送链会承接从挖掘铲传送过来的秧果和较多的泥土,工作载荷较大。这部分设计,应该能够满足联合花生收获机大规模连续作业的要求。这个地方的输送链条,应采用强度高、可靠性高的链条,链条的材质应选用抗疲劳性较好的材质。综合考虑,应选取起重用的专业链条,作为输送机构的链条。这样做,比重新设计专用链条成本低,设计和制造周期短,部件的通用性好,并且能够满足联合收获机对链条的基本要求。
②链轮的选取
输送机构中的链轮,承担的载荷较大,工作中处于不断振动状态,并时常有土块、石渣和花生秧掉入或缠绕,容易发生掉链现象。适宜选取焊接链轮作为输送机构的链轮。这种焊接链轮,轮的缘表面有特殊凹槽,并带有驱动齿(由轮槽两边向内的突起),最小齿数为4个,这样,不但能承载较大负荷,而且不易发生掉链现象。并且,这种链轮比承受同样载荷的普通链轮直径尺寸小。
图6焊接链轮的结构简图如下:

④输送机构的结构设计
一般收获机械用的输送机构,分为直线式输送机构和分段式输送机构二种。具体到花生联合收获机的设计上,由于花生摘果机构位于收获机的最上端,使用直线式输送机构会造成提升角度过大,影响输送效果。使用分段式输送机构,由于其由多条链组成,多条输送链之间的衍接处就会出现输送物交换,这样,就容易增加输送物在运输过程中的损失,并且容易形成堵塞。根据这一情况,应为联合收获机创新设计一种新型输送链—可折式输送链。这种输送链通过铰接和压轮共同作用,将一条整链分成前后二段,前段输送链倾斜角度较小而且可通过液压装置提升。后段输送链是固定式设计,与花生摘果机构相连。这种新型输送机构的工作特点是前紧后松。即前段输送链与挖掘机构相联,承接大量被挖掘物,同时担负将大部分泥土抖落的功能。后段输送链的主要任务是将去土后的花生秧果输送到后面摘果机构中。
在结构上,输送链的前后两部分设计成铰接,前段输送链与挖掘机构紧密相联,单独加装液压升降装置。作业时,可用液压提升装置调整前端挖掘机构的入土深度。行走时,可用液压提升装置将前端挖掘机构和前段输送链抬起,便于行走。可折式输送机构结构见图7
图7
可折式输送机构结构示意图:

⑤输送速度的确定
输送机构的输送速度,很大程度上取决于挖掘物的多少,且前段输送链的线速度应大于联合收获机的行进速度。按照经验值,前段输送链的工作线速度应为联合收获机行进速度的2倍左右。后段输送链,因为输送的秧果中,泥土大量减少,所以工作速度可略低于前段。为了设计和加工方便,前段和后段输送链的速度匹配,采用前后两段的角速度相同的思路。计算方法为:
V2=2 V1=2×0.8=1.6m/s
式中:V2-------输送链作业的水平线速度(m/s)
V1-------机组作业的前进速度(m/s)
V3= V2/cosβ=1.6÷cos25=1.77m/s
式中:V2-------输送链作业的实际线速度
β-------输送链前段工作状态时与地面所成夹角
ω= 1000V3/R=1000×1.77/50=35.4 rad/s
式中:V2-------输送链作业的实际线速度(m/s)
R-------输送链辊的回转半径(mm)
ω-------输送链的回转角速度(rad/s)
N=60ω/2π=60×35.4÷2÷3.14=338r/min
式中:V2-------输送链作业的实际线速度
ω-------输送链辊的角速度(rad/s)
n-------输送链辊的转速(r/min)
设计转速为341 r/min。
3、对卸料板的设计
为使花生秧果落入摘果机构的指定位置,在摘果箱的入口处,专门设计有卸料板。卸料板安装位置见图8
图8卸料板安装位置示意图
这个卸料板能有效的杜绝花生秧被输送链上的捡拾齿带走而不掉入摘果箱内。卸料板主要由栅条组成,它的上端为开放式。它能保障输送链条上的捡拾齿从栅条空隙间通过,而捡拾齿上的花生秧果留在卸料板上,这些花生秧果靠惯性和重力作用,顺着卸料板自由滑落到摘果箱中。卸料板结构见图9

图9卸料板结构简图

通过调试,卸料板能有效地控制花生秧果所降落的位置,使花生秧果降落时,越过摘果滚筒的中心线,这个位置,是摘果滚筒开始工作的最佳位置。卸料板的独特设计,既提高了摘果机构的工作效率,又防止了花生秧果被高速旋转的摘果辊打出料箱。在一定程度上起到了减少地面落果和提高摘果效率的作用。
四、结论
将上述设计的主要机构与成熟的花生摘果清选机构合理组装在一起,通过拖拉机作为动力就能够实现花生的挖掘、升运、去土、摘果、清选和集果等功能,一次性完成联合收获作业。

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