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200 年 月 第 期 0 振 動 式 馬 鈴 薯 收 獲 機(jī) 的 設(shè) 計 付東輝 吳明清 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘 要 本文設(shè)計的振動式馬鈴薯收獲機(jī)是一種常用機(jī)械設(shè)備 能夠高效的進(jìn)行馬鈴薯的挖掘工作 本次設(shè) 計能夠大大的提高收獲效率 可以減少人力物力 同時也節(jié)省時間 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴 薯收獲機(jī)的設(shè)計 主要通過對原始數(shù)據(jù)的分析 方案的論證比較與選擇 完成了收獲機(jī)的總體設(shè)計 振動 原理的設(shè)計 分離裝置的設(shè)計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容 在此基礎(chǔ)上對馬鈴薯收獲機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸 傳動比等進(jìn)行了詳細(xì)的計算和說明 關(guān)鍵詞 振動式 馬鈴薯 設(shè)計 收獲機(jī) 中圖分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 引言 馬鈴薯的營養(yǎng)價值非常高 市場潛力巨大 在國外 大約占 40 的馬鈴薯加工成食品后進(jìn)入消費(fèi)市場 在國 內(nèi) 一向被國人視為不能登大雅之堂的馬鈴薯產(chǎn)品也突 然間在市場上風(fēng)靡起來 在北京 上海 廣州及西安等 全國大中城市 以馬鈴薯條 馬鈴薯泥為基本原料的麥 當(dāng)勞 肯德基食品已占據(jù)我國快餐市場的半壁江山 而 從各種渠道進(jìn)口的其它油炸薯片或膨化食品等也滾滾而 來 i 中國農(nóng)科院副院長屈東玉博士在日前召開的中國 馬鈴薯學(xué)術(shù)年會上指出 馬鈴薯是一種產(chǎn)量高 適應(yīng) 性強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)價值大的作物 應(yīng)把馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)列入國家 糧食商品糧基地 享受與水稻 小麥等商品糧基地同樣 的財稅待遇 這將是保證我國糧食安全的有效手段馬鈴 薯收獲機(jī)是當(dāng)代馬鈴薯收獲不可或缺的設(shè)備 在進(jìn)行田 間馬鈴薯收獲時 必須將土層里的馬鈴薯翻出再進(jìn)行揀 拾 ii 市場上的馬鈴薯收獲裝置挖掘效率低 費(fèi)時費(fèi)力 因為傳統(tǒng)的馬鈴薯收獲設(shè)備不能高效的進(jìn)行挖掘收獲 需要大量人力進(jìn)行收獲 而且工作后的土地成塊狀 馬 鈴薯的揀拾還需要破碎土壤進(jìn)行收獲 因此根據(jù)這一情 況 研制出了一種小型家用振動式馬鈴薯收獲機(jī) 該振 動式馬鈴薯收獲機(jī)因其體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)簡單 所 以制造成本低 而且馬鈴薯挖掘效率高 只需要小型拖 拉機(jī)進(jìn)行牽引帶動 就可以很好地進(jìn)行馬鈴薯挖掘收獲 iii 本文設(shè)計的振動式馬鈴薯收獲機(jī)是一種常用機(jī)械設(shè) 備 能夠高效的進(jìn)行馬鈴薯的挖掘工作 本次設(shè)計能夠 大大的提高收獲效率 可以減少人力物力 同時也節(jié)省 時間 本課題設(shè)計的主要內(nèi)容是振動式馬鈴薯收獲機(jī)的 設(shè)計 主要通過對數(shù)據(jù)的分析 方案的論證比較與選擇 完成了收獲機(jī)的總體設(shè)計 振動原理的設(shè)計 分離裝置 的設(shè)計以及傳動方案的選擇等內(nèi)容 iv 在此基礎(chǔ)上對馬 鈴薯收獲機(jī)機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸 傳動比等進(jìn)行了詳細(xì)的計 算和說明 1 設(shè)計原理及機(jī)構(gòu) 1 1 設(shè)計原理 根據(jù)我國馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問題以及 未來馬鈴薯收獲機(jī)的發(fā)展要求 我選擇的是振動式馬鈴 薯收獲機(jī)的設(shè)計 家用振動式馬鈴薯收獲機(jī)主要由動力 輸入裝置 傳動裝置 挖掘裝置 振動裝置組成 其中 動力裝置是通過人操作小型拖拉機(jī)進(jìn)行牽引收獲機(jī)提供 動力 只需把馬鈴薯收獲機(jī)通過三點懸掛連接在拖拉機(jī) 上進(jìn)行田間作業(yè) 先確定我國已有馬鈴薯收獲機(jī)的類型 根據(jù)已有馬 鈴薯收獲機(jī)的原理及結(jié)構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計振動式馬鈴薯收獲 機(jī) 使收獲效率能滿足家庭及小型企業(yè)生產(chǎn)的要求 也 就是馬鈴薯收獲機(jī)要能工作穩(wěn)定 操作簡便 成本低 保證挖掘率高 馬鈴薯完整率高 果實和土壤分離效果 好等優(yōu)點 挖掘機(jī)通過家用小型拖拉機(jī)的三點懸掛方式進(jìn)行馬 鈴薯挖掘作業(yè) 挖掘鏟和分離篩的振動動力由拖拉機(jī)動 力輸出軸提供動力輸出 通過萬向傳動軸 3 經(jīng)偏心輪 8 一端輸入 偏心輪與另一端通過鉸接臂與振動架的約束 將動力傳遞給振動架 7 振動架 7 的上下運(yùn)動通過連接 板帶動挖掘鏟 9 和振動分離篩 5 產(chǎn)生在機(jī)架內(nèi)的上下往 復(fù)運(yùn)動 最終實現(xiàn)挖掘鏟與分離篩同時的振動 完成馬 鈴薯挖掘和分離 鋪放于地面工作 從而完成馬鈴薯的 分段收獲作業(yè) 200 年 月 第 期 1 1 2 總體設(shè)計 振動式馬鈴薯收獲機(jī)結(jié)構(gòu)示意 如圖 1 所示 1 軸承 2 正牽引架 3 萬向傳動軸 4 機(jī)架 5 振動篩 6 地輪 7 振動架 8 偏心輪 9 挖掘鏟 圖 1 振動式馬鈴薯收獲機(jī)主視側(cè)視的整體結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 1 Vibration type potato harvester 馬鈴薯挖掘機(jī)主要應(yīng)用于西南山區(qū) 小地塊 坡度 大 多石塊等條件地塊 其設(shè)計結(jié)構(gòu)符合西南地區(qū) 小 地塊區(qū)域 小區(qū)育種等馬鈴薯種植的農(nóng)藝要求 該機(jī) 采用偏牽引結(jié)構(gòu) 以適應(yīng)小壟馬鈴薯挖掘作業(yè) 避免拖 拉機(jī)作業(yè)時壓壟或挖掘機(jī)不能正對壟挖掘等問題的出現(xiàn) 提高馬鈴薯收獲的效率和收獲質(zhì)量 該機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 如下列所示 其主要技術(shù)參數(shù)如下 外形尺寸 mm 1550 866 1050 播種幅寬 mm 460 播種行距 mm 800 可調(diào) 開溝深度 mm 100 200 理論 開溝寬度 mm 60 70 理論 轉(zhuǎn)速 r min 1 540 配套動力 kW h 1 20kW 以上的拖拉機(jī) 2 關(guān)鍵部件設(shè)計 2 1 牽引架設(shè)計 馬鈴薯挖掘機(jī)不能正對壟進(jìn)行挖掘作業(yè) 可以選 擇三點懸掛的牽引方式 這種牽引方式的設(shè)計使該機(jī)器 有更好的通用性 可以滿足多地區(qū)小地塊的馬鈴薯挖掘 作業(yè) 牽引架結(jié)構(gòu)如圖所示 1 上懸掛 2 下懸掛 3 萬向傳動軸 圖 2 1 牽引架 Fig 2 1Traction frame 200 年 月 第 期 2 2 2 振動分離篩設(shè)計 振動分離篩主要完成土薯分離工作 不同長度的桿 條焊接在 U 型支架上 桿條間距 40 mm 振動分離篩 通過彎板支架與搖臂相連接 在振動架的驅(qū)動下振動 篩面對挖掘的土薯混合物有拋起的作用 有較強(qiáng)的整機(jī) 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計及運(yùn)動學(xué)分析 2 3 其它部件 挖掘鏟主要完成土薯挖掘工作 挖掘機(jī)振動架 帶動挖 掘鏟斜拉桿使挖掘鏟前后擺動 挖掘鏟尾部焊接 桿條 桿 條間距 37 5 mm 桿條的主要作用是分離土薯避免挖掘鏟 與振動分離篩之間由于間隙過大使薯塊掉落 采用一體 式挖掘鏟 三角鏟韌 切土效果更好 挖掘鏟兩側(cè)向上 折起 可以避免薯塊從挖掘鏟的兩側(cè)漏出被機(jī)器擠壓和 被土壤覆蓋 3 田間試驗與結(jié)果 3 1 試驗基本條件 2014 年 9 月末在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場試驗基地 作業(yè)面積 2 5 hm2 黑黏土 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試 驗基地 作業(yè)面積 4 hm2 黑黏土 進(jìn)行了田間收獲試 驗 試驗地為旱地壟播 試驗區(qū)的壟長長度大于 200 m 壟距為 800 mm 壟高 250 mm 品種為 東農(nóng) 303 東農(nóng) 304 克新 9 荷蘭 15 大西洋 壟播株距約為 200 mm 結(jié)薯深度為 150 200 mm 馬鈴薯挖掘機(jī)配 套動力為約翰迪爾 280 型拖拉機(jī) 功率為 20 6 kW 3 2 試驗結(jié)果 本收獲機(jī)試驗結(jié)果 如表 1 所示 表 3 試驗方案及試驗結(jié)果 Table 3 Test plan and experimental data 試驗因素試驗號 空列 明薯率 可靠性 傷薯率 Test Experimental factors Vacant Obvious Reliability Injury number A B C column rate rate 1 1 2 1 0 6 1 9 1 90 76 95 52 0 7 2 1 2 0 8 2 10 2 92 21 93 21 1 2 3 1 3 1 1 3 12 3 94 37 85 52 1 6 4 2 5 1 2 3 96 43 94 35 1 5 5 2 2 3 1 97 68 88 92 1 8 6 2 3 1 2 91 87 92 45 0 2 7 3 8 1 3 2 95 31 89 70 1 9 8 3 2 1 3 87 46 94 53 0 4 9 3 3 2 1 90 36 91 12 1 0 選取 L9 34 正交表安排試驗 因素 A 水平根據(jù)振動篩 傾 角極限范圍 0 10 選定 因素 B 水平根據(jù)機(jī)器實 際作 業(yè)速度選定 4U1Z 型振動式馬鈴薯挖掘機(jī)設(shè)計要求 作業(yè) 速度在 2 4 km h 之間 B1 選定為 0 6 m s B3 選定 為 1 1 m s 此時挖掘機(jī)作業(yè)速度約為 4 km h 該因素范 圍的 選定恰好滿足設(shè)計要求的作業(yè)速度 因素 C 水平根 據(jù)拖 拉機(jī)動力輸出軸轉(zhuǎn)速選定 拖拉機(jī)動力輸出軸轉(zhuǎn)速有 540 4 結(jié)論 1 整機(jī)能夠滿足多種壟作地形工作 不受地表平 整度所影響 入土深度大概在 20mm 左右 2 本振動式馬鈴薯收獲機(jī)首次提出了鉸臂連接機(jī) 構(gòu) 可以實現(xiàn)各個指標(biāo)參數(shù)的調(diào)節(jié) 本收獲機(jī)機(jī)動土量 在 25 30 左右 土壤擾動性較小 3 挖掘后的果實裸露在地表 完整度高 整個工 作過程簡單 抗干擾能力強(qiáng) 由于是單行收獲 所以效 率稍微低一些 參考文獻(xiàn) 1 王公仆 保護(hù)性耕作技術(shù)與機(jī)具 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版 社 2004 119 141 2 高煥文 李問盈 李洪文 中國特色保護(hù)性耕作技術(shù) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2003 19 3 14 3 賈延明 尚長青 張振國 振動式馬鈴薯收獲機(jī)設(shè)計研究 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2002 18 1 78 82 4 李洪文 陳君達(dá) 鄧 健 等 旱地馬鈴薯收獲機(jī)械化保護(hù) 性耕作技術(shù)及機(jī)具研究 J 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2000 5 4 68 72 5 孫福輝 封 俊 宋衛(wèi)堂 等 中國馬鈴薯栽培史考略 J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報 1998 8 29 31 34 6 徐迪娟 李問盈 王慶杰 4UM 640 型振動式馬鈴薯 挖掘機(jī)的設(shè)計與試驗 J 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究 J 中 國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報 2006 11 3 75 78 7 姚宗路 王曉燕 李洪文 等 影響振動式馬鈴薯挖掘機(jī)作 業(yè)性能的主要參數(shù) J 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究 2005 23 5 46 51 8 張波屏 現(xiàn)代收獲機(jī)械工程 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1997 190 203 Design of the Divided No till Wheat Planter Li Haijian Li Hongwen Li Wenying Yao Zonglu 200 年 月 第 期 3 College of Mechanical and Electrical Engineering Tarim University Alar 843300 China Abstract A new design of the divided no till wheat planter has been accomplished by China agricultural University aimed to solve the extremely important problem of the double cropping area in North China where the planter can easily be walled up by standing maize stubble when sowing the winter wheat The combine anti blocking mechanism composed of strip rotary tillage and the planting unit of single disc opener The machine can finish the operation of stubble chopping furrow opening seeds and fertilizer placement in one pass The main structures include fertilizer application system connecting rod system and planting system Field test shows that the machine works well when plant in standing maize stubble field and the soil disturbance is about 25 to 30 The working quality satisfies the requirement of agronomy and the design of structure is completely in reason which provides technology support for direct planting in standing maize stubble field in double cropping area in North China Key words agricultural engineering no till planter design divide strip rotary tillage conservation tillage double cropping